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WO2018180778A1 - 嚥下センサ - Google Patents

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WO2018180778A1
WO2018180778A1 PCT/JP2018/011055 JP2018011055W WO2018180778A1 WO 2018180778 A1 WO2018180778 A1 WO 2018180778A1 JP 2018011055 W JP2018011055 W JP 2018011055W WO 2018180778 A1 WO2018180778 A1 WO 2018180778A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
swallowing
signal
sensor
sensing
thyroid cartilage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2018/011055
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
亨 志牟田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Priority to JP2019509599A priority Critical patent/JP6645619B2/ja
Publication of WO2018180778A1 publication Critical patent/WO2018180778A1/ja
Priority to US16/585,128 priority patent/US11712194B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Measuring devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor or mobility of a limb
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/42—Detecting, measuring or recording for evaluating the gastrointestinal, the endocrine or the exocrine systems
    • A61B5/4205—Evaluating swallowing
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    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
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    • A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
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    • A61B5/6832—Means for maintaining contact with the body using adhesives
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    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0247—Pressure sensors
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    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0261—Strain gauges
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0002—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network

Definitions

  • the present invention relates to a swallowing sensor that detects swallowing motion.
  • Pneumonia is the leading cause of death among Japanese. Many of the deaths from pneumonia are elderly people over 65 years old. The most common type of pneumonia in the elderly is aspiration pneumonia. With aging, the number of patients with dysphagia continues to increase.
  • Possible causes of aspiration include a dull swallowing reflex and a decrease in muscle strength, as well as abnormal timing. That is, if swallowing occurs in the inspiration phase, or if the apnea time from when swallowing occurs until the resumption of breathing is shortened, aspiration is likely. Regarding the relationship between swallowing and the respiratory phase, it is known that the elderly and patients with Parkinson's disease have a higher frequency of swallowing in the inspiratory phase than young healthy individuals, which is a cause of aspiration. In addition, since saliva is swallowed unconsciously during sleep, aspiration pneumonia occurs not only during meals, but also during sleep.
  • Patent Document 1 discloses a swallowing sensor using a pressure sensor.
  • the swallowing sensor described in Patent Literature 1 includes a plurality of pressure sensors that are arranged and supported in the vertical direction, and a pressure sensor mounting tool that abuts and fixes the pressure sensors to the front neck of the subject.
  • the pressure sensor mounting tool includes a urethane foam that supports and arranges pressure sensors along the vertical movement direction of the thyroid cartilage when food is swallowed, a pressure sensor fixture that supports the urethane foam, and a pressure sensor fixture. And a holding band that holds the front neck of the subject.
  • thyroid cartilage is displaced upward with respect to the posterior neck when facing upward, swallowing and vertical movement of the neck (the movement of shaking the neck up and down) when wearing with a holding belt that is rotated behind the neck ) Is difficult to distinguish.
  • the entire neck is under pressure, and the swallowing movement measuring device is also large, thick and heavy, the burden on the subject is large when measuring for a long time, which is not suitable for long-time measurement. Since the restrictions on the behavior are also large, the measurement environment is limited (for example, it is not suitable for measurement in the lying position or prone position or during walking).
  • the present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a swallowing sensor capable of detecting swallowing while suppressing the influence of individual differences.
  • the swallowing sensor according to the present invention is attached to the skin of the front neck, located in the range of movement of the thyroid cartilage that occurs with swallowing, and a plurality of swallowing sensors are arranged in the length direction of the neck.
  • the piezoelectric element has a plurality of sensing portions, and the piezoelectric elements individually output signals accompanying the deformation of the plurality of sensing portions.
  • the swallowing sensor according to the present invention is a plurality of sensing devices that are attached to the skin of the anterior cervical region and are arranged along the length direction of the cervical region in a range of movement of the thyroid cartilage that occurs with swallowing.
  • a signal associated with the deformation of the sensing portion that is not added is added and output.
  • swallowing can be detected while suppressing the influence of individual differences.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the piezoelectric film sensor as viewed from the direction of arrows II-II in FIG. It is a front view which shows the state which attached the swallowing sensor in FIG. 1 to the test subject's front neck part.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the piezoelectric film sensor as viewed from the direction of arrows II-II in FIG. It is a front view which shows the state which attached the swallowing sensor in FIG. 1 to the test subject's front neck part.
  • It is a block diagram which shows the swallowing sensor by the 1st Embodiment of this invention. It is a flowchart which shows the swallowing detection process by the signal processing part in FIG. It is explanatory drawing which shows the positional relationship of the thyroid cartilage of an oral phase and the sensing part of a swallowing sensor.
  • the swallowing sensor 1 includes a sensor unit 2 that detects swallowing of the subject 101 (human body), and a main body unit 20 that processes a signal output from the sensor unit 2.
  • the sensor unit 2 has, for example, a rectangular shape as a whole, and is provided on one end side in the vertical direction (upper side in FIG. 1) of the swallowing sensor 1. As shown in FIG. 2, the sensor unit 2 includes a piezoelectric film sensor 3, an insulating film 7, shield films 8 and 9, and the like. As shown in FIG. 3, the sensor unit 2 is attached to the skin of the front neck 102 of the subject 101 in a range of movement of the thyroid cartilage 103 that occurs with swallowing.
  • the mandible 104 is located above the thyroid cartilage 103, and the sternum 105 is located below.
  • a pair of carotid arteries 106 are located on the left and right sides of the thyroid cartilage 103.
  • the sensor unit 2 is arranged in a range that does not overlap the mandible 104, the sternum 105, and the carotid artery 106.
  • the sensor unit 2 is deformed by the displacement of the thyroid cartilage 103 accompanying the swallowing of the subject 101, and detects the movement of the thyroid cartilage 103.
  • the piezoelectric film sensor 3 is an example of a piezoelectric element.
  • the piezoelectric film sensor 3 is provided inside the sensor unit 2.
  • the piezoelectric film sensor 3 is formed in a film shape and generates an electric signal (charge) according to the deformation.
  • the piezoelectric film sensor 3 has a plurality of (for example, two) sensing portions 3A and 3B (sensing regions).
  • the number of sensing parts is not limited to two, but may be three or more, but is approximately two to four.
  • the sensing portions 3A and 3B are arranged along the length direction (vertical direction) of the neck with the piezoelectric film sensor 3 attached to the front neck 102 of the subject 101.
  • the sensing portions 3A and 3B are arranged in the vertical direction across the thyroid cartilage 103.
  • the upper sensing portion 3 ⁇ / b> A is disposed above the thyroid cartilage 103.
  • the lower sensing portion 3B is disposed below the thyroid cartilage 103.
  • the sensing portions 3A and 3B are electrically separated from each other and individually output signals (analog signals S1a and S2a).
  • the lateral dimension L1 of the sensing portions 3A and 3B is preferably, for example, 5 mm or more and 50 mm or less.
  • the vertical dimension L2 of the sensing portions 3A and 3B is preferably 5 mm or more and 15 mm or less, for example.
  • the total longitudinal dimension of the plurality of sensing portions 3A and 3B, that is, the longitudinal dimension L3 of the entire piezoelectric film sensor 3, is preferably 20 mm or more and 45 mm or less, for example.
  • the horizontal dimension L1 and the vertical dimension L2 of the sensing portions 3A, 3B, etc. are set in consideration of the following matters.
  • the thyroid cartilage 103 rises upward by about 20 mm from the position before the swallowing operation, moves forward, and then descends and returns to the original position (see FIGS. 6 to 9).
  • the longitudinal dimension L3 of the piezoelectric film sensor 3 is set to 20 mm or more.
  • the longitudinal dimension L2 of one sensing portion is preferably 5 mm or more.
  • the vertical dimension L2 of one sensing portion is set to, for example, 15 mm or less as a value shorter than 20 mm.
  • the distance from the thyroid cartilage 103 to the mandible 104 is about 50 mm, although it depends on the face orientation.
  • the distance from the thyroid cartilage 103 to the lower sternum 105 is about 45 mm.
  • the vertical dimension of the entire swallowing sensor 1 including the piezoelectric film sensor 3 and the main body 20 is set to 95 mm or less.
  • the sticking member 10 for fixing the piezoelectric film sensor 3 and the main body 20 can be disposed so as not to overlap the mandible 104 and the sternum 105 in the vertical direction. For this reason, in addition to being able to suppress detecting vibration noise, it is possible to make the sticking member 10 difficult to peel off.
  • the skin in the vicinity of the sternum 105 has a smaller upward displacement during the upward movement than the skin in the vicinity of the thyroid cartilage 103. Therefore, when the application region of the piezoelectric film sensor 3 reaches the vicinity of the sternum 105, the upward movement and swallowing discrimination accuracy decreases.
  • the main body 20 including the amplifier circuits 21A, 22A and the like is harder and heavier than the piezoelectric film sensor 3. For this reason, it is desirable to arrange the piezoelectric film sensor 3 below or on the side so as not to hinder the deformation of the flexible piezoelectric film sensor 3.
  • the size of the main body 20 is about 15 mm or more due to the size of built-in components such as the battery 26.
  • the skin near the mandible 104 is often loose.
  • the slack is particularly large in the elderly.
  • the piezoelectric film sensor 3 is affixed on the loose skin, the movement of the thyroid cartilage 103 is difficult to be transmitted to the piezoelectric film sensor 3 due to the looseness of the skin. Therefore, it is desirable not to attach the piezoelectric film sensor 3 near the mandible 104.
  • the longitudinal dimension L3 of the entire piezoelectric film sensor 3 is preferably set to 45 mm or less.
  • the swallowing sensor 1 is arranged such that the center of the piezoelectric film sensor 3 overlaps the laryngeal protuberance that is the protrusion of the thyroid cartilage 103, and the plurality of sensing portions 3A and 3B are arranged in the vertical direction.
  • the lateral dimension of the piezoelectric film sensor 3 is set to 5 mm or more.
  • the relative distance between the sternocleidomastoid muscles arranged on the left and right of the thyroid cartilage 103 is about 60 to 100 mm.
  • the skin on the sternocleidomastoid muscle has a smaller upward displacement during the upward movement than the skin near the thyroid cartilage 103. Accordingly, when the application region of the piezoelectric film sensor 3 reaches the vicinity of the sternocleidomastoid muscle, the accuracy of the upward motion and swallowing is lowered. Therefore, the lateral dimension of the piezoelectric film sensor 3 is set to 50 mm or less so as not to touch the skin on the sternocleidomastoid muscle.
  • the piezoelectric film sensor 3 (sensing portions 3 ⁇ / b> A and 3 ⁇ / b> B) is formed using the piezoelectric film 4.
  • the piezoelectric film sensor 3 includes a piezoelectric film 4 and first and second electrode films 5 and 6.
  • the piezoelectric film 4 is formed by forming a piezoelectric thin film 4B on a base material 4A made of an insulating material.
  • a base material 4A for example, a polyimide film is used, but other resin films such as polyethylene terephthalate (PET) may be used.
  • PET polyethylene terephthalate
  • Polyimide has high heat resistance as a resin film, and can withstand temperature rise during film formation, and can also withstand temperature rise due to solder connection, thermocompression bonding, and the like to obtain electrical connection. For this reason, it is preferable to use a polyimide for the material of the base material 4A.
  • the piezoelectric thin film 4B is used for the piezoelectric thin film 4B, but an inorganic material such as zinc oxide (ZnO), lead zirconate titanate (PZT), sodium potassium niobate (KNN) or the like may be used. Good.
  • the piezoelectric film 4 may be made of polyvinylidene fluoride (PVDF) or polylactic acid (PLLA) which is a piezoelectric polymer film.
  • the first and second electrode films 5 and 6 are respectively provided on both sides (surface side and back side) of the piezoelectric film sensor 3 in the thickness direction.
  • the first electrode film 5 is provided on the surface (one main surface) of the piezoelectric film 4 so as to cover the piezoelectric thin film 4B of the piezoelectric film 4.
  • the second electrode film 6 is provided on the back surface (the other main surface) of the piezoelectric film 4 so as to cover the base material 4 ⁇ / b> A of the piezoelectric film 4.
  • the first and second electrode films 5 and 6 are made of a metal material such as gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), nickel (Ni), or titanium (Ti). Although used, a conductive material such as indium tin oxide (ITO) may be used, and carbon or the like may be used.
  • the first and second electrode films 5 and 6 detect analog signals S1a and S2a corresponding to the deformation of the piezoelectric film sensor 3 (sensing portions 3A and 3B), and detect them by the amplifier circuits 21A and 22A of the main body unit 20. Analog signals S1a and S2a are output. In this case, in order to detect minute deformation, the first and second electrode films 5 and 6 are preferably soft and thin.
  • the insulating film 7 is provided so as to cover the first electrode film 5. For this reason, the first electrode film 5 is sandwiched between the insulating film 7 and the piezoelectric thin film 4 ⁇ / b> B of the piezoelectric film sensor 3.
  • the insulating film 7 is formed into an elastically deformable film using, for example, an insulating soft resin material.
  • the insulating film 7 covers the entire surface of the first electrode film 5 and insulates the first electrode film 5 from the shield films 8 and 9.
  • the shield films 8 and 9 are located on the outer side (outer shell) of the sensor unit 2 and are provided on both sides of the piezoelectric film sensor 3 and the insulating film 7 in the thickness direction, respectively. That is, the shield films 8 and 9 cover the piezoelectric film sensor 3 and the insulating film 7 from both sides in the thickness direction.
  • the shield films 8 and 9 only need to be conductive, and a metal film formed on a resin film, a conductive resin film, a conductive cloth (nonwoven fabric) made of conductive yarn, and the like are suitable.
  • the shield films 8 and 9 are formed in an elastically deformable sheet shape.
  • the shield films 8 and 9 shield the piezoelectric film sensor 3 from external electromagnetic noise.
  • the shield films 8 and 9 are connected to the ground (GND) of the electric circuit provided in the main body 20.
  • the sticking member 10 is provided on one side in the thickness direction of the swallowing sensor 1.
  • the sticking member 10 is formed in a rectangular shape using, for example, a biocompatible double-sided tape.
  • the sticking member 10 is for sticking the swallowing sensor 1 to the body surface of the front neck 102 of the subject 101.
  • the main body 20 is provided on the other end side in the vertical direction of the swallowing sensor 1 (lower side in FIG. 1).
  • the main unit 20 includes pre-processing units 21 and 22, a signal processing unit 23, a wireless communication module 25, and the like.
  • the main body 20 is detachably connected to the sensor unit 2 using a connector (not shown) or the like, and is attached to the lower end side of the sensor unit 2 attached to the subject 101 (FIG. 3). reference).
  • FIG. 1 illustrates the case where the main body 20 is disposed below the sensor unit 2.
  • the present invention is not limited to this, and the main body 20 may be disposed on the side (right side or left side) of the sensor unit 2.
  • the pre-processing units 21 and 22 are provided with a plurality of systems (for example, two systems) according to the number of sensing portions 3A and 3B of the piezoelectric film sensor 3.
  • the preprocessing units 21 and 22 perform amplification, filtering, and A / D conversion as preprocessing for the analog signals S1a and S2a output from the piezoelectric film sensor 3.
  • the pre-processing unit 21 includes an amplifier circuit 21A, a low-pass filter 21B (hereinafter referred to as LPF 21B), a high-pass filter 21C (hereinafter referred to as HPF 21C), and A / D converters 21D and 21E.
  • LPF 21B low-pass filter
  • HPF 21C high-pass filter
  • a / D converters 21D and 21E A / D converters 21D and 21E.
  • the input side of the preprocessing unit 21 is connected to the sensing portion 3 ⁇ / b> A of the piezoelectric film sensor 3, and the output side of the preprocessing unit 21 is connected to the signal processing unit 23.
  • the input side of the amplifier circuit 21A is connected to the sensing portion 3A of the piezoelectric film sensor 3.
  • the amplifier circuit 21A amplifies the analog signal S1a output from the first and second electrode films 5 and 6 of the sensing portion 3A.
  • the amplified analog signal S1a is separated into a low-frequency component S1La (displacement speed) and a high-frequency component S1Ha (sound) by the LPF 21B and the HPF 21C with reference to, for example, several tens to 100 Hz.
  • the LPF 21B passes the low frequency component S1La lower than the cut-off frequency in the amplified analog signal S1a and attenuates the component higher than the cut-off frequency.
  • the low frequency component S1La includes a displacement component corresponding to the displacement speed of the thyroid cartilage 103 accompanying swallowing.
  • the cutoff frequency of the LPF 21B is set to, for example, about several tens to 100 Hz.
  • the HPF 21C passes the high frequency component S1Ha higher than the cutoff frequency among the amplified analog signal S1a and attenuates the component lower than the cutoff frequency.
  • the high frequency component S1Ha includes a sound component corresponding to the sound generated during the swallowing operation.
  • the high frequency component S1Ha includes a signal of at least about 3 kHz.
  • the cutoff frequency of the HPF 21C is set to about several tens to 100 Hz, for example.
  • the cutoff frequency of the HPF 21C may be set to a value (for example, about 100 to 500 Hz) higher than the cutoff frequency of the LPF 21B within a range in which a necessary sound component such as a swallowing sound can be acquired.
  • the A / D converter 21D converts the low frequency component S1La of the analog signal S1a output from the LPF 21B into a digital signal S1Ld. At this time, a frequency component of several tens of Hz or less is sufficient for the displacement signal (displacement speed signal) to perform swallowing determination. Therefore, the sampling frequency of the A / D converter 21D is set to a sufficiently high frequency (for example, about 100 Hz to 1000 Hz) with respect to the low frequency component S1La including a displacement signal of several tens of Hz or less.
  • the A / D converter 21E converts the high frequency component S1Ha of the analog signal S1a output from the HPF 21C into a digital signal S1Hd.
  • the sampling frequency requires a frequency component up to about 3 kHz. For this reason, the sampling frequency of the A / D converter 21E needs to be about 10 kHz.
  • the preprocessing unit 22 is configured in substantially the same manner as the preprocessing unit 21.
  • the preprocessing unit 22 includes an amplification circuit 22A, a low-pass filter 22B (hereinafter referred to as an LPF 22B), and a high-pass filter 22C (which are substantially the same as the amplification circuit 21A, LPF 21B, HPF 21C, A / D converters 21D and 21E). (Hereinafter referred to as HPF 22C) and A / D converters 22D and 22E.
  • the input side of the preprocessing unit 22 is connected to the sensing part 3 ⁇ / b> B of the piezoelectric film sensor 3, and the output side of the preprocessing unit 22 is connected to the signal processing unit 23.
  • the amplification circuit 22A amplifies the analog signal S2a output from the sensing portion 3B.
  • the LPF 22B and HPF 22C separate the amplified analog signal S2a into a low frequency component S2La (displacement speed) and a high frequency component S2Ha (sound).
  • the A / D converter 22D converts the low frequency component S2La into a digital signal S2Ld.
  • the A / D converter 22E converts the high frequency component S2Ha into a digital signal S2Hd.
  • the signal processing unit 23 constitutes a swallowing determination unit that determines swallowing motion.
  • the signal processing unit 23 is provided in the main body unit 20 and is driven by electric power supplied from the battery 26.
  • the input side of the signal processing unit 23 is connected to A / D converters 21D, 21E, 22D, and 22E.
  • the output side of the signal processing unit 23 is connected to the memory 24 and the wireless communication module 25.
  • the signal processing unit 23 is configured by, for example, a microcomputer (CPU).
  • the signal processing unit 23 determines swallowing of the subject 101 based on the digital signals S1Ld and S2Ld.
  • the signal processing unit 23 determines that the subject 101 is swallowed, the signal processing unit 23 extracts the detected displacement components (digital signals S1Ld, S2Ld) and sound components (digital signals S1Hd, S2Hd) during swallowing, and stores them in the memory 24. Save or output wirelessly using the wireless communication module 25.
  • the data during swallowing can be, for example, a data range in which the signal intensity change of the displacement speed component exceeds a threshold value.
  • the data at the time of swallowing may be, for example, a data range corresponding to a preset swallowing reference pattern (data range from the swallowing start point to the swallowing end point of the reference pattern).
  • the data at the time of swallowing may be a data range obtained by adding data for a predetermined time before and after one of the two data ranges described above.
  • the extracted digital signals S1Ld, S2Ld, S1Hd, and S2Hd are stored in a memory 24 (storage unit) provided in the main unit 20 or are wirelessly output using the wireless communication module 25.
  • the memory 24 may be either a volatile memory or a nonvolatile memory.
  • the wireless communication module 25 is provided in the main body unit 20 and connected to the signal processing unit 23.
  • the wireless communication module 25 includes a modulation circuit that modulates a signal according to various wireless communication standards, a transmission unit (none of which is shown) that transmits the modulated signal, and the like.
  • the wireless communication module 25 uses the digital signals S1Ld, S2Ld, S1Hd, and S2Hd extracted by the signal processing unit 23 as a PC (computer), a portable terminal, a storage device, a server (all not shown), and the like.
  • the external device performs swallowing function analysis based on the received data.
  • the swallowing sensor 1 has the above-described configuration. Next, swallowing detection processing in which the signal processing unit 23 detects swallowing of the subject 101 will be described with reference to FIG. This swallowing detection process is repeatedly executed at predetermined intervals while the swallowing sensor 1 is driven.
  • step 1 the low frequency components S1La and S2La output from the LPFs 21B and 22B are converted into digital signals S1Ld and S2Ld by the A / D converters 21D and 22D.
  • the signal processing unit 23 acquires digital signals S1Ld and S2Ld, which are displacement signal data converted at a low sampling frequency of about 100 Hz, for example.
  • the absolute value of the displacement speed (digital signals S1Ld, S2Ld) increases with the movement of the throat that occurs before swallowing. Therefore, in the subsequent step 2, it is determined based on the digital signals S1Ld and S2Ld of the displacement signal whether or not the absolute value of the displacement speed is greater than or equal to a predetermined threshold value ST.
  • the absolute value of the displacement speed is smaller than the threshold value ST, the movement before swallowing is not detected. For this reason, it determines with "NO” at step 2, and returns to step 1.
  • the absolute value of the displacement speed exceeds a predetermined threshold value ST, an operation before swallowing is detected. For this reason, it determines with "YES" at step 2, and transfers to step 3.
  • step 3 signal intensity changes of the sensing portions 3A and 3B are individually acquired. Specifically, the waveform pattern of the time change of the digital signals S1Ld and S2Ld is acquired. At the same time, the A / D converters 21D and 22D are used to convert the high frequency components S1Ha and S2Ha output from the HPFs 21C and 22C into digital signals S1Hd and S2Hd. And the signal processing part 23 starts acquisition of the digital signals S1Hd and S2Hd including the sound signal.
  • the subsequent step 4 it is determined whether or not swallowing based on whether the change pattern of the digital signals S1Ld and S2Ld and the timing of the change (for example, the maximum signal intensity) in each sensing portion 3A and 3B are within a predetermined range.
  • FIG. 13 shows an example of a waveform pattern during swallowing.
  • a downward sharp peak Pa1 of the upper sensing portion 3A and an upward sharp peak Pb1 of the lower sensing portion 3B occur within a predetermined time around 1.5 seconds.
  • a slightly broad upward peak Pa2 of the upper sensing portion 3A and a slightly broad upward peak Pb2 of the lower sensing portion 3B are generated within a predetermined time around 1.6 seconds.
  • two gentle downward peaks Pb3 and Pb4 occur within a predetermined time. Therefore, the signal processing unit 23 determines whether or not swallowing based on whether or not all of these peaks Pa1, Pa2, Pb1 to Pb4 have occurred.
  • Peaks Pa1 and Pb1 correspond to the upward movement (lift) of the laryngeal protuberance.
  • the peaks Pa2 and Pb2 correspond to the forward movement (advance) of the laryngeal protuberance.
  • Peaks Pb3 and Pb4 correspond to the movement of the laryngeal protuberance to the original position.
  • the arrangement interval between the upper sensing portion 3A and the lower sensing portion 3B is set on the skin.
  • the length of the laryngeal protuberance is about the length of the neck (about 10 to 35 mm), and the upper sensing portion 3A and the lower sensing are sandwiched up and down across the laryngeal protuberance. It is desirable to arrange the portion 3B.
  • FIG. 13 shows an example of a waveform pattern at the time of swallowing.
  • the number of peaks and the peak timing according to the attachment position of the piezoelectric film sensor 3, differences in measurement conditions, individual differences, dysphagia, etc. May be different.
  • only those that are easy to detect and characteristic, such as the peaks Pa1 and Pa2 may be used.
  • a peak may also be detected in the upper sensing portion 3A. Therefore, the determination of swallowing may be performed by considering not only the peaks Pa1, Pa2, Pb1 to Pb4 but also other peaks.
  • Step 4 If the above criteria are not met, it is not judged as swallowing. For this reason, “NO” is determined in Step 4, and the process returns to Step 1. On the other hand, when the above determination condition is satisfied, it is determined that swallowing occurs. For this reason, it determines with "YES” at step 4, transfers to step 5, and extracts only the data at the time of swallowing.
  • the data at the time of swallowing starts from the time point when the motion before swallowing is detected in step 2 (the time point when the absolute value of the displacement speed exceeds the predetermined threshold value ST), and the swallowing is determined in step 4 for a predetermined time.
  • This is the data of the digital signals S1Ld, S2Ld, S1Hd, S2Hd from the start point to the end point, when the time point at which elapses is the end point.
  • the predetermined time is appropriately set in consideration of individual differences in waveform data for each subject 101, for example. Further, it is not necessary to extract all the data started to be acquired in Step 2, and for example, data within a predetermined time range may be extracted before and after the time point when swallowing is determined in Step 4. In the subsequent step 6, the extracted data is stored in the internal memory 24 or transmitted to an external device using the wireless communication module 25.
  • the piezoelectric film sensor 3 is affixed to the skin in the range of movement of the thyroid cartilage 103 that occurs with swallowing. For this reason, for example, even when the thickness and shape of the neck (neck) are different for each subject 101, the influence of such individual differences can be suppressed, and it can be used without adjusting to many people. .
  • the piezoelectric film sensor 3 includes a plurality of sensing portions 3A and 3B in the length direction of the neck, and outputs signals associated with the deformation of the plurality of sensing portions 3A and 3B, respectively. Therefore, the plurality of sensing portions 3A and 3B can output signals having different waveform patterns according to the operation (upward movement, forward movement) of the thyroid cartilage 103. For this reason, swallowing can be easily specified by using the analog signals S1a and S2a from the plurality of sensing portions 3A and 3B as compared to the case of using a single sensing portion.
  • the piezoelectric film sensor 3 is attached to the skin on the thyroid cartilage 103 and has a plurality of sensing portions 3A and 3B in the length direction of the neck. At this time, for example, when the neck movement (movement of shaking the neck vertically) where the relative position of the thyroid cartilage 103 and the skin thereon does not change as in the case of whispering, the relative position of the thyroid cartilage 103 and the skin changes. do not do. On the other hand, when the swallowing operation is performed, the relative position between the thyroid cartilage 103 and the skin changes.
  • the subject 101 chews the food F and sends it to the pharynx during the oral period, which is the reference posture before the swallowing operation.
  • the thyroid cartilage 103 is disposed at a position close to the lower sensing portion 3B among the two sensing portions 3A and 3B.
  • the subject 101 sends food F from the oral cavity to the pharynx.
  • the thyroid cartilage 103 located under the lower sensing portion 3B moves under the upper sensing portion 3A during the swallowing operation.
  • the subject 101 sends food F from the pharynx to the esophagus.
  • the food F does not enter the airway. Food F is fed into the stomach from the esophagus.
  • the waveform pattern is different between the displacement signal (low frequency component S1La) from the lower sensing portion 3B and the displacement signal (low frequency component S2La) from the upper sensing portion 3A.
  • the displacement component of the output becomes maximum when the thyroid cartilage 103 moves upward (see FIG. 7).
  • FIGS. 10 and 11 for example, when the thyroid cartilage 103 moves from the lower side to the upper side of the piezoelectric film sensor 3, the displacement signal from the lower sensing portion 3B and the displacement from the upper sensing portion 3A are detected. In the signal, large peaks Pa1 and Pb1 in opposite directions are generated (see FIG. 13).
  • the thyroid cartilage 103 does not move from below the lower sensing portion 3B during the upward operation. For this reason, it is difficult for a large peak to occur in the displacement speed component of the output, and even if it occurs, the displacement signal from the lower sensing portion 3B and the displacement signal from the upper sensing portion 3A are large in opposite directions. No peak occurs. As described above, since the displacement signals from the sensing portions 3A and 3B are different between the vertical movement of the neck and the swallowing movement, erroneous detection associated with the vertical movement of the neck can be suppressed.
  • the relative positional relationship of the thyroid cartilage 103 with respect to the side surface portion A of the neck and the lower portion B of the front neck portion 102 is not significantly different between the swallowing operation and the upward operation. I understand that there is no.
  • the thyroid cartilage 103 is displaced upward, but the side surface portion A of the neck and the lower portion B of the front neck portion 102 are hardly displaced.
  • Patent Document 1 when the holding band is wrapped around the neck and the sensor is fixed to the neck, when the subject 101 faces upward, the thyroid cartilage 103 is above the rear neck. It is displaced to.
  • the range in which the swallowing sensor 1 is fixed is a narrow range of skin on and near the thyroid cartilage 103.
  • the swallowing sensor 1 covers the range in which the thyroid cartilage 103 moves with a plurality of sensing portions 3A and 3B.
  • the swallowing sensor 1 includes a signal processing unit 23 that detects the movement of the thyroid cartilage 103 based on the analog signals S1a and S2a of the plurality of sensing portions 3A and 3B and determines the swallowing operation.
  • the plurality of sensing portions 3A and 3B can output analog signals S1a and S2a having different waveform patterns according to the operation (upward movement and forward movement) of the thyroid cartilage 103.
  • the signal processing unit 23 compares the characteristics of the waveform patterns of the analog signals S1a and S2a, thereby obtaining the thyroid cartilage 103. Can be detected, and swallowing motion can be determined.
  • the signal processing unit 23 determines swallowing by determining upward movement and forward movement of the laryngeal protuberance based on the analog signals S1a and S2a of the plurality of sensing portions 3A and 3B. For this reason, the signal processor 23 determines whether or not the peaks Pa1 and Pb1 corresponding to the upward movement of the laryngeal ridge and the peaks Pa2 and Pb2 corresponding to the forward movement of the laryngeal ridge are generated in the analog signals S1a and S2a. Thus, swallowing can be determined.
  • the piezoelectric film sensor 3 is formed using the piezoelectric film 4, the sensing portions 3A and 3B can be formed thin and light, and the movement of the larynx including the thyroid cartilage 103 is not hindered. Moreover, in addition to being able to reduce the discomfort of the patient, since it is light, peeling of the neck from the skin can be suppressed.
  • the signal processing unit 23 determines the swallowing operation using the displacement components (low frequency components S1La, S2La) of the analog signals S1a, S2a output from the piezoelectric film sensor 3. At this time, since the displacement component has a low signal frequency, the signal processing unit 23 can determine the swallowing operation using the displacement components of the digital signals S1Ld and S2Ld having a low sampling frequency.
  • the signal processing unit 23 determines swallowing, the detected displacement component (low-frequency components S1La, S2La digital signals S1Ld, S2Ld) and sound component (high-frequency components S1Ha, S2Ha digital signals S1Hd) , S2Hd) is extracted and stored in the memory 24 or wirelessly output. For this reason, the analysis accuracy of the swallowing function can be improved by analyzing the sound component in addition to the displacement component.
  • the swallowing sensor 1 extracts the displacement component and the sound component of the detected signal data during swallowing and stores them in the memory 24 or outputs them wirelessly. Therefore, it is not always necessary to store or wirelessly output the displacement component and sound component of the signal data, and the displacement component and sound component of the signal data may be extracted only at the time of swallowing determination. Therefore, it is possible to suppress an increase in the amount of acquired data as compared with a case where signal data is always stored or wirelessly output.
  • the piezoelectric film sensor has a plurality of sensing portions arranged along the length direction of the neck, and at least one of the plurality of sensing portions is inverted in polarity.
  • the piezoelectric film sensor is to add and output a signal associated with the deformation of the sensing portion whose polarity is reversed and a signal associated with the deformation of the sensing portion whose polarity is not reversed. Note that in the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the swallowing sensor 31 includes a sensor unit 32 that detects swallowing of the subject 101 and a main body unit 34 that processes a signal output from the sensor unit 32. ing.
  • the sensor unit 32 is configured similarly to the sensor unit 2 according to the first embodiment, and includes a piezoelectric film sensor 33.
  • the piezoelectric film sensor 33 is an example of a piezoelectric element, and is configured in the same manner as the piezoelectric film sensor 3 according to the first embodiment. For this reason, the piezoelectric film sensor 33 is constituted by the piezoelectric film 4 and the first and second electrode films 5 and 6. The piezoelectric film sensor 33 is provided inside the sensor unit 32. The piezoelectric film sensor 33 is formed in a film shape and generates an electric signal (charge) according to the deformation.
  • the piezoelectric film sensor 33 has a plurality of (for example, two) sensing portions 33A and 33B arranged along the length direction of the neck. At least one of the sensing portions 33A and 33B has an inverted polarity.
  • the sensing portions 33A and 33B are arranged along the length direction (vertical direction) of the neck with the piezoelectric film sensor 33 attached to the front neck 102 of the subject 101. Specifically, the sensing portions 33A and 33B are arranged in the vertical direction across the thyroid cartilage 103.
  • the sensing part 33A and the sensing part 33B have opposite polarities.
  • the sensing portion 33A and the sensing portion 33B include a first electrode film 5 located on the front surface side (outside air side) of the piezoelectric film 4 and a second electrode film 6 located on the back surface side (skin side). Are reversed and connected in parallel (see FIG. 16). That is, the first electrode film 5 of the sensing portion 33A is connected to the second electrode film 6 of the sensing portion 33B. The second electrode film 6 of the sensing portion 33A is connected to the first electrode film 5 of the sensing portion 33B. Thereby, the sensing part 33A and the sensing part 33B are electrically connected in parallel with each other. For this reason, the piezoelectric film sensor 33 outputs an addition signal Sa obtained by adding the signals accompanying the deformation of the two sensing portions 33A and 33B.
  • the main body 34 is provided on the other end side (lower side in FIG. 1) of the swallowing sensor 31.
  • the main body 34 includes a preprocessing unit 35, a signal processing unit 36, a wireless communication module 25, and the like.
  • the pre-processing unit 35 is configured in substantially the same manner as the pre-processing unit 21 according to the first embodiment. Therefore, the preprocessing unit 35 includes an amplifier circuit 35A, a low-pass filter 35B (hereinafter referred to as LPF 35B), a high-pass filter 35C (hereinafter referred to as HPF 35C), and A / D converters 35D and 35E.
  • LPF 35B low-pass filter
  • HPF 35C high-pass filter
  • a / D converters 35D and 35E A / D converters
  • the input side of the preprocessing unit 35 is connected to the piezoelectric film sensor 33, and the output side of the preprocessing unit 35 is connected to the signal processing unit 36.
  • the amplifying circuit 35A amplifies the addition signal Sa output from the piezoelectric film sensor 33.
  • the LPF 35B and HPF 35C separate the amplified addition signal Sa into a low frequency component SLa (displacement speed) and a high frequency component SHa (sound).
  • the A / D converter 35D converts the low frequency component SLa into a digital signal SLd.
  • the A / D converter 35E converts the high frequency component SHa into a digital signal SHd.
  • the signal processing unit 36 constitutes a swallowing determination unit that determines swallowing motion.
  • the signal processing unit 36 is provided in the main body unit 34 and is driven by electric power supplied from the battery 26.
  • the input side of the signal processing unit 36 is connected to A / D converters 35D and 35E.
  • the output side of the signal processing unit 36 is connected to the memory 24 and the wireless communication module 25.
  • the signal processing unit 36 is configured by, for example, a microcomputer (CPU). Similarly to the signal processing unit 23 according to the first embodiment, the signal processing unit 36 performs a swallowing detection process shown in FIG.
  • the signal processing unit 36 determines the swallowing of the subject 101 based on the digital signal SLd.
  • the detected swallowing displacement component digital signal SLd of the low frequency component SLa
  • the sound component high frequency
  • the digital signal SHd) of the component SHa is extracted and stored in the memory 24 or wirelessly output using the wireless communication module 25.
  • the swallowing sensor 31 has the above-described configuration. Next, swallowing detection processing in which the signal processing unit 36 detects swallowing of the subject 101 will be described with reference to FIG. This swallowing detection process is repeatedly executed at predetermined intervals while the swallowing sensor 31 is driven.
  • step 11 the low frequency component SLa output from the LPF 35B is converted into a digital signal SLd by the A / D converter 35D.
  • the signal processing unit 36 acquires a digital signal SLd that is converted at a low sampling frequency of, for example, about 100 Hz and becomes displacement signal data.
  • step 12 it is determined whether or not the absolute value of the displacement speed is greater than or equal to a predetermined threshold ST based on the digital signal SLd of the displacement signal.
  • a predetermined threshold ST based on the digital signal SLd of the displacement signal.
  • step 13 the change in signal strength of the displacement signal is acquired. Specifically, the waveform pattern of the time change of the digital signal SLd is acquired. At the same time, the A / D converter 35E is used to convert the high frequency component SHa output from the HPF 35C into a digital signal SHd. And the signal processing part 36 starts acquisition of the digital signal SHd containing a sound signal.
  • the subsequent step 14 it is determined whether or not swallowing based on whether the change pattern of the digital signal SLd and the timing of the change (for example, the maximum signal intensity) in the sensing portions 33A and 33B are within a predetermined range.
  • the output signal (addition signal Sa) of the piezoelectric film sensor 33 is single. For this reason, since the signal intensity change used for the determination is only one, the pattern for swallowing determination is different from the signal processing unit 23 according to the first embodiment.
  • FIG. 19 shows an example of a waveform pattern during swallowing with respect to the displacement signal based on the addition signal Sa.
  • the displacement signal digital signal SLd
  • the signal processing unit 36 determines whether or not swallowing based on whether or not all of these peaks P21 to P23 have occurred.
  • FIG. 19 shows an example of a waveform pattern at the time of swallowing.
  • the number of peaks and the peak timing according to the attachment position of the piezoelectric film sensor 33, the difference in measurement conditions, individual differences, the degree of dysphagia, and the like. May be different. Therefore, it is not necessary to use all the peaks P21 to P23 for determination of swallowing. For example, only those that are easy to detect and characteristic, such as the peak P21, may be used.
  • the plurality of sensing portions 3A and 3B individually output analog signals S1a and S2a. Therefore, when the number of sensing portions is large, the number of output signals increases and the amount of data increases. The processing load increases.
  • the sensing portions 33A and 33B having reversed polarities are arranged one above the other, and the piezoelectric film sensor 33 includes a plurality of sensing portions 33A and 33B. An added signal Sa obtained by adding the signals accompanying the deformation of is output. For this reason, swallowing determination can be facilitated without increasing the data amount.
  • FIG. 19 shows the output signal when the two sensing parts 33A and 33B are connected in parallel with the same polarity (non-inverted polarity) as a comparative example.
  • This comparative example corresponds to the case where the sensing portion is single.
  • an upward peak P31 is generated from about 1.5 seconds, and thereafter, two relatively gentle peaks P32 and P33 are generated downward.
  • a solid line in FIG. 19 indicates an output signal (addition signal Sa) from the piezoelectric film sensor 33 according to the second embodiment.
  • the two sensing portions 33A and 33B are electrically connected in parallel with their polarities reversed.
  • the waveform pattern of the addition signal Sa generates a very sharp upward large peak P21 in about 1.5 seconds, and then two gentle downwards. Peaks P22 and P23 occur.
  • the characteristic of the peak when the thyroid cartilage 103 moves upward for about 1.5 seconds is clear as compared with the comparative example, and swallowing determination becomes easy. Therefore, the accuracy of swallowing detection can be improved without increasing the amount of data.
  • the piezoelectric film sensor 33 of the sensor unit 32 has the two sensing portions 33A and 33B has been described as an example, but it may have three or more sensing portions.
  • the piezoelectric film sensor 42 of the sensor unit 41 has four sensing portions 42A to 42D.
  • the four sensing portions 42A to 42D are arranged along the vertical direction (the length direction of the neck), and the polarities are alternately inverted. That is, the polarities of the sensing portions 42A and 42C and the sensing portions 42B and 42D are reversed.
  • the piezoelectric film sensor 42 has two sets of output units 43 and 44.
  • the output unit 43 includes a sensing part 42A and a sensing part 42B connected in parallel, and outputs an addition signal obtained by adding the signal of the sensing part 42A and the signal of the sensing part 42B.
  • the sensing part 42C and the sensing part 42D are connected in parallel, and an added signal obtained by adding the signal of the sensing part 42C and the signal of the sensing part 42D is output.
  • the piezoelectric film sensor 52 of the sensor unit 51 includes four sensing portions 52A to 52D.
  • the four sensing portions 52A to 52D are arranged along the vertical direction (the length direction of the neck), and the upper two sensing portions 52A and 52B, the lower two sensing portions 52C and 52D, The polarity is reversed.
  • the piezoelectric film sensor 52 has two sets of output portions 53 and 54.
  • the output unit 53 includes a sensing part 52A and a sensing part 52C connected in parallel, and outputs an addition signal obtained by adding the signal of the sensing part 52A and the signal of the sensing part 52C.
  • the output unit 54 includes a sensing part 52B and a sensing part 52D connected in parallel, and outputs an addition signal obtained by adding the signal of the sensing part 52B and the signal of the sensing part 52D.
  • the number of addition signals output is smaller than the number of sensing portions 42A to 42D and 52A to 52D.
  • the arrangement intervals D1 and D2 between the sensing portions (for example, the sensing portions 42C and 52B) whose polarity is reversed and the sensing portions (for example, the sensing portions 42D and 52D) that are not reversed are the movements of the thyroid cartilage 103 from above the skin.
  • the size of the laryngeal protuberance is about (for example, about 10 to 35 mm), and the sensing part with reversed polarity and the non-inverted sensing part are arranged above and below the laryngeal protuberance. .
  • the amplified analog signal and addition signal are separated into a low frequency component and a high frequency component.
  • the present invention is not limited to this, and the digital signal after AD conversion may be separated into a low frequency component and a high frequency component.
  • the analog signal before amplification may be separated into a low frequency component and a high frequency component.
  • the piezoelectric film sensors 3 and 33 are exemplified as the piezoelectric element.
  • the piezoelectric element does not have to be in a film shape, and may be in a bulk shape (lumb shape).
  • the piezoelectric material of the piezoelectric element is not particularly limited as long as it is a substance having piezoelectricity.
  • a material mainly composed of a compound having a wurtzite structure or a composite oxide having a perovskite structure (ABO3) (perovskite-based composite oxide) can be used as the piezoelectric material of the piezoelectric element.
  • Examples of the compound having a wurtzite structure include aluminum nitride, gallium nitride, indium nitride, beryllium oxide, zinc oxide, cadmium sulfide, zinc sulfide, or silver iodide.
  • a site of the perovskite structure (ABO3) of the perovskite complex oxide for example, lead (Pb), barium (Ba), calcium (Ca), strontium (Sr), lanthanum (La), lithium (Li), and bismuth. At least one element selected from (Bi) can be used.
  • B site of the perovskite structure (ABO3) for example, titanium (Ti), zirconium (Zr), zinc (Zn), nickel (Ni), magnesium (Mg), cobalt (Co), tungsten (W), niobium ( At least one element selected from Nb), antimony (Sb), tantalum (Ta), and iron (Fe) is employed.
  • perovskite complex oxides include lead zirconate titanate [Pb (Zr, Ti) O 3 ] (also referred to as PZT) and potassium tantalate niobate [K (Ta, Nb) O 3 ]. , Barium titanate (BaTiO 3 ), (Pb, La) (Zr, Ti) O 3 [lead titanate (PbTiO 3 ), etc.], and the like.
  • the swallowing sensor according to the present invention has a piezoelectric element that is affixed to the skin of the front neck and is located in the range of movement of the thyroid cartilage that accompanies swallowing and that has a plurality of sensing portions in the length direction of the neck. And the said piezoelectric element outputs the signal accompanying a deformation
  • the piezoelectric element is affixed to the skin in the range of movement of the thyroid cartilage that occurs with swallowing. For this reason, for example, even when the thickness and shape of the neck (neck) are different for each subject, the influence of these individual differences can be suppressed, and it can be used without adjusting to many people.
  • the piezoelectric element has a plurality of sensing portions in the length direction of the neck, and outputs signals associated with the deformation of the plurality of sensing portions, respectively.
  • the plurality of sensing portions can output signals having different waveform patterns according to the motion (vertical motion) of the thyroid cartilage. As a result, by using signals from a plurality of sensing portions, swallowing can be easily identified as compared to the case where a single sensing portion is used.
  • the piezoelectric element is affixed to the skin on the thyroid cartilage and has a plurality of sensing portions in the length direction of the neck.
  • the neck motion the motion of shaking the neck vertically
  • the relative position of the thyroid cartilage and the skin does not change.
  • the swallowing operation is performed, the relative position between the thyroid cartilage and the skin changes. For this reason, since the signal from the sensing part differs between the up and down movement of the neck and the swallowing movement, erroneous detection associated with the up and down movement of the neck can be suppressed.
  • the present invention further includes a swallowing determination unit that detects the movement of the thyroid cartilage based on the signals of the plurality of sensing portions and determines the swallowing motion.
  • the plurality of sensing parts can output signals having different waveform patterns according to the motion (vertical motion) of the thyroid cartilage. For this reason, when a signal is output from a plurality of sensing parts, the swallowing determination unit detects the movement of the thyroid cartilage by comparing the characteristics of the waveform pattern of each signal and determines the swallowing operation Can do.
  • the swallowing determination unit determines swallowing by determining upward movement and forward movement of the laryngeal protuberance based on a plurality of signals of the sensing portions.
  • the laryngeal protuberance moves upward, and peaks are generated in the signals of a plurality of sensing portions. Further, in the forward movement of the laryngeal protuberance, the laryngeal protuberance moves forward, so that peaks occur in the signals of the plurality of sensing portions.
  • the swallowing determination unit can determine swallowing by determining the presence or absence of these peaks.
  • the swallowing sensor includes a plurality of sensing portions that are attached to the skin of the anterior cervical region and are arranged along the length direction of the cervical region in a range of movement of the thyroid cartilage that occurs with swallowing.
  • the piezoelectric element has at least one of the plurality of sensing parts, the polarity of which is inverted, and the piezoelectric element is a signal that is not inverted in polarity with respect to a signal associated with the deformation of the sensing part of which polarity is inverted. Adds the signal accompanying deformation of the sensing part and outputs it.
  • the piezoelectric element is affixed to the skin in the range of movement of the thyroid cartilage that occurs with swallowing. For this reason, for example, about the thickness and shape of a neck, the influence of an individual difference can be suppressed and it can use without adjusting to many people.
  • the piezoelectric element has a sensing portion in which at least one polarity is inverted among a plurality of sensing portions arranged along the length direction of the neck. For example, if multiple sensing parts are arranged vertically with thyroid cartilage in between, when the thyroid cartilage moves upward, the peak of the large signal is reversed between the upper sensing part and the lower sensing part. appear.
  • the piezoelectric element is affixed to the skin on the thyroid cartilage and has a plurality of sensing portions in the length direction of the neck. At this time, when the head is swung vertically, the relative position between the thyroid cartilage and the skin does not change. On the other hand, when the swallowing operation is performed, the relative position between the thyroid cartilage and the skin changes. For this reason, since the signal from the sensing part differs between the up and down movement of the neck and the swallowing movement, erroneous detection associated with the up and down movement of the neck can be suppressed.
  • the movement of the thyroid cartilage based on the sum signal obtained by adding the signal accompanying the deformation of the sensing part whose polarity is inverted at least one by one and the signal accompanying the deformation of the sensing part whose polarity is not inverted And a swallowing determination unit that detects swallowing movements.
  • the swallowing determination unit can detect the movement of the thyroid cartilage and detect the swallowing motion by detecting the peak of the addition signal.
  • the swallowing determination unit determines that it is swallowing
  • the detected signal data during swallowing is extracted and stored in a memory or wirelessly output.
  • the piezoelectric element is formed using a piezoelectric film.
  • the piezoelectric element is formed using a piezoelectric film
  • the sensing portion can be formed thin and light, and the movement of the larynx including thyroid cartilage is not hindered.
  • the sensing portion can be formed thin and light, and the movement of the larynx including thyroid cartilage is not hindered.
  • peeling of the neck from the skin can be suppressed.
  • the signal output from the piezoelectric element is separated into a low-frequency component displacement component and a high-frequency component sound component, and the swallowing determination unit determines the swallowing operation using the displacement component.
  • the swallowing determination unit can determine the swallowing operation using the displacement component of the signal data having a low sampling frequency.
  • the swallowing determination unit determines that swallowing
  • the detected displacement component and sound component of the swallowing signal data are extracted and stored in a memory or wirelessly output.
  • the determination accuracy of the swallowing function can be improved.
  • the swallowing sensor extracts the displacement component and the sound component of the detected signal data at the time of swallowing when it is determined to be swallowing, and stores it in a memory or wirelessly outputs it. Therefore, it is not always necessary to store or wirelessly output the displacement component and sound component of the signal data, and the displacement component and sound component of the signal data may be extracted only at the time of swallowing determination. Therefore, it is possible to suppress an increase in the amount of acquired data as compared with a case where signal data is always stored or wirelessly output.

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Abstract

嚥下センサ（１）の圧電フィルムセンサ（３）は、頸部の長さ方向に複数のセンシング部分（３Ａ），（３Ｂ）を有している。圧電フィルムセンサ（３）は、嚥下に伴って発生する甲状軟骨（１０３）の動きの範囲に位置して前頸部（１０２）の皮膚に貼り付けられ、複数のセンシング部分（３Ａ），（３Ｂ）の変形に伴うアナログ信号（Ｓ1a），（Ｓ2a）を個別に出力する。嚥下センサ（１）は、前処理部（２１），（２２）と信号処理部（２３）を有している。前処理部（２１），（２２）は、アナログ信号（Ｓ1a），（Ｓ2a）を低周波成分からなる変位信号と高周波成分からなる音信号に分離する。信号処理部（２３）は、変位信号に基づいて、嚥下か否かを判定する。

Description

嚥下センサ
　本発明は、嚥下動作を検出する嚥下センサに関する。
　肺炎は、日本人の死因の上位である。肺炎による死者の多くは、６５歳以上の高齢者である。高齢者の肺炎で最も頻度が高いのは、誤嚥性肺炎である。高齢化に伴い嚥下障害患者は増え続けている。
　誤嚥の原因として、嚥下反射の鈍化、筋力の低下に加えて、タイミングの異常が考えられる。即ち、吸息相に嚥下が起きたり、嚥下が起きてから呼吸再開までの無呼吸時間が短くなってしまったりすると、誤嚥しやすい。嚥下と呼吸相の関係については、高齢者やパーキンソン病患者では、若年健常者に比べて吸息相に嚥下する頻度が高く、誤嚥の誘因となっていることが知られている。また、睡眠中も唾を無意識下で嚥下しているため、誤嚥性肺炎は食事中だけでなく、睡眠中の誤嚥によっても起こる。
　このような嚥下障害の診断に役立てるために、人体の嚥下動作を検出する嚥下センサが開発されている。例えば、特許文献１には、圧力センサを用いた嚥下センサが開示されている。特許文献１に記載された嚥下センサは、縦方向に配列して支持された複数の圧力センサと、圧力センサを被験者の前頸部に当接して固定するための圧力センサ装着具を備えている。この圧力センサ装着具は、食物の飲込み時における甲状軟骨の上下運動方向に沿って圧力センサを配列して支持するウレタンフォームと、ウレタンフォームを支持する圧力センサ固定具と、圧力センサ固定具を被験者の前頸部に保持する保持バンドとを備えている。
特開２００６－９５２６４号公報
　ところで、特許文献１に記載された嚥下センサでは、保持バンドを首の後ろに回して嚥下運動測定装置を前頸部に接触させている。このため以下に示す問題がある。
　例えば、首の太さ、形状および前頸部形状（甲状軟骨の突出度合等）の個人差は大きい。このため、保持バンドを首の後ろに回して装着する方法では圧力センサの前頸部への接触状態を一定にすることが困難であり、測定バラツキが大きくなってしまう。保持バンドの締め付け度合によっても接触状態が大きく変化するため、熟練者による個人毎の調整が不可欠になってしまう。
　また、上を向くと後頸部に対して甲状軟骨が上方に変位するため、首の後ろに回した保持ベルトで装着している場合、嚥下と首の上下の動き（首を上下に振る動作）を区別することが難しい。
　さらに、頸部全体に圧迫がある状態であり、嚥下運動測定装置も大きく厚く重いため、長時間測定すると被験者の負担が大きく、長時間測定には適さない。行動への制約も大きいため、測定環境が限定されてしまう（例えば側臥位、伏臥位での測定や歩行中の測定には適さない）。
　本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、個人差の影響を抑制して嚥下を検出することができる嚥下センサを提供することにある。
　上述した課題を解決するために、本発明による嚥下センサは、嚥下に伴って発生する甲状軟骨の動きの範囲に位置して前頸部の皮膚に貼り付けられ、頸部の長さ方向に複数のセンシング部分を有する圧電素子を有し、前記圧電素子は、複数の前記センシング部分の変形に伴う信号を個別に出力する。
　また、本発明による嚥下センサは、嚥下に伴って発生する甲状軟骨の動きの範囲に位置して前頸部の皮膚に貼り付けられ、頸部の長さ方向に沿って配列された複数のセンシング部分を有する圧電素子を有し、複数の前記センシング部分のうち少なくとも一つは、極性が反転し、前記圧電素子は、極性が反転した前記センシング部分の変形に伴う信号と、極性が反転していない前記センシング部分の変形に伴う信号とを加算して出力する。
　本発明によれば、個人差の影響を抑制して嚥下を検出することができる。
本発明の第１の実施の形態による嚥下センサを示す正面図である。 圧電フィルムセンサを図１中の矢示II－II方向からみた断面図である。 図１中の嚥下センサを被験者の前頸部に取り付けた状態を示す正面図である。 本発明の第１の実施の形態による嚥下センサを示すブロック図である。 図４中の信号処理部による嚥下検出処理を示す流れ図である。 口腔期の甲状軟骨と嚥下センサのセンシング部分との位置関係を示す説明図である。 咽頭期の甲状軟骨と嚥下センサのセンシング部分との位置関係を示す説明図である。 咽頭期から食道期に遷移するときの甲状軟骨と嚥下センサのセンシング部分との位置関係を示す説明図である。 食道期の甲状軟骨と嚥下センサのセンシング部分との位置関係を示す説明図である。 嚥下動作前の甲状軟骨と嚥下センサのセンシング部分との位置関係を示す説明図である。 嚥下動作中の甲状軟骨と嚥下センサのセンシング部分との位置関係を示す説明図である。 上を向く動作中の甲状軟骨と嚥下センサのセンシング部分との位置関係を示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態による嚥下センサについて、嚥下動作時の変位信号と音信号の一例を示す特性線図である。 本発明の第２の実施の形態による嚥下センサを示す正面図である。 圧電フィルムセンサを図１４中の矢示XV－XV方向からみた断面図である。 図１４中の圧電フィルムセンサを示す等価回路図である。 本発明の第２の実施の形態による嚥下センサを示すブロック図である。 図１７中の信号処理部による嚥下検出処理を示す流れ図である。 本発明の第２の実施の形態による嚥下センサについて、嚥下動作時の変位信号と音信号の一例を示す特性線図である。 第１の変形例によるセンサ部を示す説明図である。 第２の変形例によるセンサ部を示す説明図である。
　以下、本発明の実施の形態による嚥下センサを、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
　図１ないし図５に本発明の第１の実施の形態による嚥下センサ１を示す。嚥下センサ１は、被験者１０１（人体）の嚥下を検出するセンサ部２と、センサ部２から出力された信号を処理する本体部２０と、を有している。
　センサ部２は、例えば全体として長方形状をなし、嚥下センサ１のうち上下方向の一端側（図１中の上側）に位置して設けられている。図２に示すように、センサ部２は、圧電フィルムセンサ３、絶縁フィルム７、シールド膜８，９等を備えている。図３に示すように、センサ部２は、嚥下に伴って発生する甲状軟骨１０３の動きの範囲に位置して、被験者１０１の前頸部１０２の皮膚に貼り付けられる。
　甲状軟骨１０３の上方には下顎骨１０４が位置しており、下方には胸骨１０５が位置している。甲状軟骨１０３の左右両側には一対の頸動脈１０６が位置している。センサ部２は、下顎骨１０４、胸骨１０５および頸動脈１０６に重ならない範囲に配置される。センサ部２は、被験者１０１の嚥下に伴う甲状軟骨１０３の変位により変形し、甲状軟骨１０３の動きを検出する。
　圧電フィルムセンサ３は、圧電素子の一例を示している。圧電フィルムセンサ３は、センサ部２の内側に位置して設けられている。圧電フィルムセンサ３は、フィルム状に形成され、その変形に応じて電気信号（電荷）を発生させる。
　図１に示すように、圧電フィルムセンサ３は、複数（例えば２個）のセンシング部分３Ａ，３Ｂ（センシング領域）を有している。センシング部分の個数は、２個に限らず、３個以上でもよいが、概ね２～４個程度である。センシング部分３Ａ，３Ｂは、圧電フィルムセンサ３を被験者１０１の前頸部１０２に貼り付けた状態で、頸部の長さ方向（上下方向）に沿って並べられる。具体的には、センシング部分３Ａ，３Ｂは、甲状軟骨１０３を挟んで上下方向に配置される。このため、上側のセンシング部分３Ａは、甲状軟骨１０３の上側に配置される。下側のセンシング部分３Ｂは、甲状軟骨１０３の下側に配置される。センシング部分３Ａ，３Ｂは、互いに電気的に分離され、個別に信号（アナログ信号Ｓ1a，Ｓ2a）を出力する。
　図１に示すように、センシング部分３Ａ，３Ｂの横方向寸法Ｌ1は、例えば５ｍｍ以上５０ｍｍ以下が望ましい。センシング部分３Ａ，３Ｂの縦方向寸法Ｌ2は、例えば５ｍｍ以上１５ｍｍ以下が望ましい。複数のセンシング部分３Ａ，３Ｂを合わせた合計の縦方向寸法は、即ち圧電フィルムセンサ３全体の縦方向寸法Ｌ3は、例えば２０ｍｍ以上４５ｍｍ以下が望ましい。このとき、センシング部分３Ａ，３Ｂ等の横方向寸法Ｌ1および縦方向寸法Ｌ2等は、以下の事項を考慮して、設定されている。
　１回の嚥下動作において、甲状軟骨１０３は、嚥下動作前の位置から上方に約２０ｍｍ上昇し、前方に移動した後、下降して元の位置に戻る（図６ないし図９参照）。このため、圧電フィルムセンサ３の縦方向寸法Ｌ3は、２０ｍｍ以上に設定されている。この場合、最大４個のセンシング部分を想定した場合には、１個のセンシング部分の縦方向寸法Ｌ2は、好ましくは５ｍｍ以上になる。
　これに加え、甲状軟骨１０３の動きが１個のセンシング部分の範囲内に収まらないようにする必要がある。このため、１個のセンシング部分の縦方向寸法Ｌ2は、２０ｍｍよりも短い値として、例えば１５ｍｍ以下に設定されている。
　また、甲状軟骨１０３から下顎骨１０４までの距離は、顔の向きにもよるが、約５０ｍｍである。甲状軟骨１０３から下方の胸骨１０５までの距離は、約４５ｍｍである。このため、圧電フィルムセンサ３と本体部２０とからなる嚥下センサ１全体の縦方向寸法は、９５ｍｍ以下に設定される。これにより、圧電フィルムセンサ３および本体部２０を固定するための貼付部材１０は、縦方向において下顎骨１０４と胸骨１０５に重ならないように配置可能となる。このため、振動のノイズを検知してしまうことを抑制することができるのに加え、貼付部材１０を剥がれ難くすることができる。
　但し、胸骨１０５付近の皮膚は、甲状軟骨１０３付近の皮膚と比較して、上を向く動作時に上方への変位は小さい。従って、圧電フィルムセンサ３の貼付領域が胸骨１０５付近に達すると、上を向く動作と嚥下の判別精度が低下する。増幅回路２１Ａ，２２Ａ等を含む本体部２０は、圧電フィルムセンサ３に比較して硬くて重い。このため、柔軟な圧電フィルムセンサ３の変形を阻害しないように、圧電フィルムセンサ３の下方または側方に配置することが望ましい。しかしながら、本体部２０も皮膚に貼付する場合、本体部２０が胸骨１０５にかかると、やはり上を向く動作と嚥下の判別精度が低下してしまう。本体部２０の大きさは、バッテリ２６等の内蔵部品の大きさのため、１５ｍｍ程度以上になる。
　また、下顎骨１０４付近の皮膚は弛んでいることが多い。特に高齢者では弛みが大きい。弛んだ皮膚上に圧電フィルムセンサ３を貼付すると皮膚の弛みにより甲状軟骨１０３の動きが圧電フィルムセンサ３に伝わり難くなる。従って、下顎骨１０４付近には圧電フィルムセンサ３を貼付しないことが望ましい。このため、圧電フィルムセンサ３全体の縦方向寸法Ｌ3は、好ましくは４５ｍｍ以下に設定されている。
　このような構成において、圧電フィルムセンサ３の中心が甲状軟骨１０３の突起部である喉頭隆起に重なると共に、複数のセンシング部分３Ａ，３Ｂが縦方向に並ぶように嚥下センサ１が配置される。このような配置を想定し、圧電フィルムセンサ３（センシング部分３Ａ，３Ｂ）の横方向寸法は、５ｍｍ以上に設定される。
　甲状軟骨１０３の左右に配置された胸鎖乳突筋同士の相対的な距離は、約６０～１００ｍｍである。しかしながら、胸鎖乳突筋上の皮膚は、甲状軟骨１０３付近の皮膚と比較して、上を向く動作時に上方への変位は小さい。従って、胸鎖乳突筋近傍まで圧電フィルムセンサ３の貼付領域が達すると、上を向く動作と嚥下の判別精度が低下する。そのため、胸鎖乳突筋上の皮膚にかからないように、圧電フィルムセンサ３の横方向寸法は、５０ｍｍ以下に設定されている。
　図２に示すように、圧電フィルムセンサ３（センシング部分３Ａ，３Ｂ）は、圧電フィルム４を用いて形成されている。具体的には、圧電フィルムセンサ３は、圧電フィルム４と第１，第２の電極膜５，６とによって構成されている。
　圧電フィルム４は、絶縁材料からなる基材４Ａ上に、圧電薄膜４Ｂを成膜することによって、形成されている。基材４Ａには、例えばポリイミドフィルムが使用されるが、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）等のような他の樹脂フィルムを使用してもよい。ポリイミドは、樹脂フィルムとしては高耐熱であり、成膜時の温度上昇に耐えられるのに加え、電気接続を得るためのはんだ接続や熱圧着等での温度上昇にも耐えられる。このため、基材４Ａの材料には、ポリイミドを用いるのが好ましい。
　圧電薄膜４Ｂには、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が使用されるが、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸ナトリウムカリウム（ＫＮＮ）等のような無機材料を用いてもよい。また、圧電フィルム４には、圧電高分子膜であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）を用いてもよい。
　第１，第２の電極膜５，６は、圧電フィルムセンサ３の厚さ方向の両側（表面側と裏面側）にそれぞれ設けられている。このとき、第１の電極膜５は、圧電フィルム４の圧電薄膜４Ｂを覆って、圧電フィルム４の表面（一方の主面）に設けられている。第２の電極膜６は、圧電フィルム４の基材４Ａを覆って、圧電フィルム４の裏面（他方の主面）に設けられている。
　第１，第２の電極膜５，６には、例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）のような金属材料が使用されるが、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等の導電性材料を使用してもよく、カーボン等を使用してもよい。第１，第２の電極膜５，６は、圧電フィルムセンサ３（センシング部分３Ａ，３Ｂ）の変形に応じたアナログ信号Ｓ1a，Ｓ2aを検出し、本体部２０の増幅回路２１Ａ，２２Ａに検出したアナログ信号Ｓ1a，Ｓ2aを出力する。この場合、微小な変形を検出するため、第１，第２の電極膜５，６は、軟らかく薄いものが好ましい。
　絶縁フィルム７は、第１の電極膜５を覆って設けられている。このため、絶縁フィルム７と圧電フィルムセンサ３の圧電薄膜４Ｂとの間には、第１の電極膜５が挟まれている。絶縁フィルム７は、例えば絶縁性の軟質樹脂材料を用いて、弾性変形可能なフィルム状に形成されている。絶縁フィルム７は、第１の電極膜５を全面に亘って覆い、第１の電極膜５とシールド膜８，９との間を絶縁している。
　シールド膜８，９は、センサ部２の外側（外殻）に位置して、圧電フィルムセンサ３および絶縁フィルム７の厚さ方向の両側にそれぞれ設けられている。即ち、シールド膜８，９は、圧電フィルムセンサ３および絶縁フィルム７を厚さ方向の両側からそれぞれ覆っている。シールド膜８，９は、導電性があればよく、樹脂フィルムに金属薄膜を成膜したもの、導電性樹脂フィルム、導電糸で作製した導電性布（不織布）等が適している。シールド膜８，９は、弾性変形可能なシート状に形成されている。シールド膜８，９は、圧電フィルムセンサ３を外部の電磁ノイズからシールドする。シールド膜８，９は、本体部２０に設けられた電気回路のグランド（ＧＮＤ）に接続されている。
　貼付部材１０は、嚥下センサ１の厚さ方向の一側に位置して設けられている。貼付部材１０は、例えば生体適合性のある両面テープ等を用いて、長方形状に形成されている。貼付部材１０は、嚥下センサ１を被験者１０１の前頸部１０２の体表に貼り付けるものである。
　本体部２０は、嚥下センサ１のうち上下方向の他端側（図１中の下側）に位置して設けられている。図４に示すように、本体部２０は、前処理部２１，２２、信号処理部２３、無線通信モジュール２５等を備えている。この場合、本体部２０は、コネクタ（図示せず）等を用いてセンサ部２とは取外し可能に接続され、被験者１０１に貼付されたセンサ部２の下端側に貼り付けられている（図３参照）。これにより、センサ部２のみが破損した場合や汚れた場合に、センサ部２のみを本体部２０から取外して交換することができる。なお、図１は、本体部２０がセンサ部２の下側に配置された場合を例示した。本発明はこれに限らず、本体部２０は、センサ部２の側方（右側または左側）に配置されてもよい。
　前処理部２１，２２は、圧電フィルムセンサ３のセンシング部分３Ａ，３Ｂの個数に応じて、複数系統（例えば２系統）設けられている。前処理部２１，２２は、圧電フィルムセンサ３から出力されるアナログ信号Ｓ1a，Ｓ2aに対する前処理として、増幅、フィルタリング、Ａ／Ｄ変換を行う。
　前処理部２１は、増幅回路２１Ａ、低域通過フィルタ２１Ｂ（以下、ＬＰＦ２１Ｂという）、高域通過フィルタ２１Ｃ（以下、ＨＰＦ２１Ｃという）、Ａ／Ｄコンバータ２１Ｄ，２１Ｅを備えている。前処理部２１の入力側は、圧電フィルムセンサ３のセンシング部分３Ａに接続され、前処理部２１の出力側は、信号処理部２３に接続されている。
　増幅回路２１Ａの入力側は、圧電フィルムセンサ３のセンシング部分３Ａに接続されている。増幅回路２１Ａは、センシング部分３Ａの第１，第２の電極膜５，６から出力されるアナログ信号Ｓ1aを増幅する。増幅されたアナログ信号Ｓ1aは、例えば数十～１００Ｈｚを基準にして、ＬＰＦ２１ＢとＨＰＦ２１Ｃとによって、低周波成分Ｓ1La（変位速度）と高周波成分Ｓ1Ha（音）とに分離される。
　ＬＰＦ２１Ｂは、増幅されたアナログ信号Ｓ1aのうち、遮断周波数よりも低い低周波成分Ｓ1Laを通過させ、遮断周波数よりも高い成分を減衰させる。このとき、低周波成分Ｓ1Laは、嚥下に伴う甲状軟骨１０３の変位速度に応じた変位成分を含む。嚥下の判定を行うためには、低周波成分Ｓ1Laは、数十Ｈｚ以下の信号で十分である。このため、ＬＰＦ２１Ｂの遮断周波数は、例えば数十～１００Ｈｚ程度に設定されている。
　ＨＰＦ２１Ｃは、増幅されたアナログ信号Ｓ1aのうち、遮断周波数よりも高い高周波成分Ｓ1Haを通過させ、遮断周波数よりも低い成分を減衰させる。このとき、高周波成分Ｓ1Haは、嚥下動作時の発生音に応じた音成分を含む。このため、高周波成分Ｓ1Haは、少なくとも３ｋＨｚ程度までの信号を含む。ＨＰＦ２１Ｃの遮断周波数は、例えば数十～１００Ｈｚ程度に設定されている。
　なお、ＨＰＦ２１Ｃの遮断周波数は、例えば嚥下音のような必要な音成分が取得できる範囲で、ＬＰＦ２１Ｂの遮断周波数よりも高い値（例えば、１００～５００Ｈｚ程度）に設定してもよい。
　Ａ／Ｄコンバータ２１Ｄは、ＬＰＦ２１Ｂから出力されたアナログ信号Ｓ1aの低周波成分Ｓ1Laを、デジタル信号Ｓ1Ldに変換する。このとき、嚥下判定を行うためには、変位信号（変位速度信号）は、数十Ｈｚ以下の周波数成分で十分である。このため、Ａ／Ｄコンバータ２１Ｄのサンプリング周波数は、数十Ｈｚ以下の変位信号を含む低周波成分Ｓ1Laに対して、十分に高い周波数（例えば、１００Ｈｚ～１０００Ｈｚ程度）に設定されている。
　Ａ／Ｄコンバータ２１Ｅは、ＨＰＦ２１Ｃから出力されたアナログ信号Ｓ1aの高周波成分Ｓ1Haを、デジタル信号Ｓ1Hdに変換する。このとき、音信号を取得するためには、サンプリング周波数は、最低でも３ｋＨｚ程度までの周波数成分が必要になる。このため、Ａ／Ｄコンバータ２１Ｅのサンプリング周波数は、１０ｋＨｚ程度が必要になる。
　前処理部２２は、前処理部２１とほぼ同様に構成されている。このため、前処理部２２は、増幅回路２１Ａ、ＬＰＦ２１Ｂ、ＨＰＦ２１Ｃ、Ａ／Ｄコンバータ２１Ｄ，２１Ｅとほぼ同様な増幅回路２２Ａ、低域通過フィルタ２２Ｂ（以下、ＬＰＦ２２Ｂという）、高域通過フィルタ２２Ｃ（以下、ＨＰＦ２２Ｃという）、Ａ／Ｄコンバータ２２Ｄ，２２Ｅを備えている。前処理部２２の入力側は、圧電フィルムセンサ３のセンシング部分３Ｂに接続され、前処理部２２の出力側は、信号処理部２３に接続されている。
　増幅回路２２Ａは、センシング部分３Ｂから出力されるアナログ信号Ｓ2aを増幅する。ＬＰＦ２２Ｂ、ＨＰＦ２２Ｃは、増幅されたアナログ信号Ｓ2aを、低周波成分Ｓ2La（変位速度）と高周波成分Ｓ2Ha（音）とに分離する。Ａ／Ｄコンバータ２２Ｄは、低周波成分Ｓ2Laをデジタル信号Ｓ2Ldに変換する。Ａ／Ｄコンバータ２２Ｅは、高周波成分Ｓ2Haをデジタル信号Ｓ2Hdに変換する。
　信号処理部２３は、嚥下の動作を判定する嚥下判定部を構成している。信号処理部２３は、本体部２０に設けられ、バッテリ２６から供給される電力によって駆動する。信号処理部２３の入力側は、Ａ／Ｄコンバータ２１Ｄ，２１Ｅ，２２Ｄ，２２Ｅに接続されている。一方、信号処理部２３の出力側は、メモリ２４および無線通信モジュール２５に接続されている。信号処理部２３は、例えばマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）等により構成されている。信号処理部２３は、デジタル信号Ｓ1Ld，Ｓ2Ldに基づいて、被験者１０１の嚥下を判定する。信号処理部２３は、被験者１０１の嚥下を判定したときに、その検出した嚥下時の変位成分（デジタル信号Ｓ1Ld，Ｓ2Ld）と、音成分（デジタル信号Ｓ1Hd，Ｓ2Hd）とを抽出し、メモリ２４に保存する、または無線通信モジュール２５を用いて無線出力する。
　嚥下時のデータは、例えば変位速度成分の信号強度変化が閾値を超えたデータ範囲とすることができる。また、嚥下時のデータは、例えば予め設定しておいた嚥下の基準パターンと合致した変化パターンに対応するデータ範囲（基準パターンの嚥下開始点から嚥下終了点までのデータ範囲）としてもよい。さらに、嚥下時のデータは、上述した２つのデータ範囲のいずれか一方に、その前後の所定時間のデータを追加したデータ範囲としてもよい。
　抽出されたデジタル信号Ｓ1Ld，Ｓ2Ld，Ｓ1Hd，Ｓ2Hdは、本体部２０の内部に設けられたメモリ２４（記憶部）に保存される、または、無線通信モジュール２５を用いて無線出力される。このとき、メモリ２４は、揮発性メモリと不揮発性メモリのいずれでもよい。
　無線通信モジュール２５は、本体部２０に設けられ、信号処理部２３と接続されている。無線通信モジュール２５は、各種の無線通信規格に応じて信号を変調する変調回路と、変調信号を送信する送信部（いずれも図示せず）等を備えている。無線通信モジュール２５は、信号処理部２３によって抽出された嚥下時のデジタル信号Ｓ1Ld，Ｓ2Ld，Ｓ1Hd，Ｓ2Hdを、ＰＣ（コンピュータ）、携帯端末、記憶装置、サーバ（いずれも図示せず）等のような外部機器（解析装置）に向けて出力する。外部機器は、受信したデータに基づいて、嚥下機能解析を行う。
　なお、データを外部機器に無線で送信する構成としたが、ケーブルで本体部２０と解析装置とを接続し、データをケーブル経由で送信してもよい。
　嚥下センサ１は上述の如き構成を有するもので、次に信号処理部２３によって被験者１０１の嚥下を検出する嚥下検出処理について、図５を参照して説明する。この嚥下検出処理は、嚥下センサ１が駆動している間に所定周期毎に繰り返し実行される。
　まず、ステップ１では、ＬＰＦ２１Ｂ，２２Ｂから出力された低周波成分Ｓ1La，Ｓ2Laを、Ａ／Ｄコンバータ２１Ｄ，２２Ｄによって、デジタル信号Ｓ1Ld，Ｓ2Ldに変換する。信号処理部２３は、例えば１００Ｈｚ程度の低サンプリング周波数で変換された、変位信号のデータとなるデジタル信号Ｓ1Ld，Ｓ2Ldを取得する。
　ここで、嚥下前に生じる喉の動作に伴って、変位速度（デジタル信号Ｓ1Ld，Ｓ2Ld）の絶対値は増加する。このため、続くステップ２では、変位信号のデジタル信号Ｓ1Ld，Ｓ2Ldに基づいて、変位速度の絶対値が所定の閾値ＳＴ以上か否かを判定する。変位速度の絶対値が閾値ＳＴよりも小さいときには、嚥下前の動作は検出されない。このため、ステップ２で「ＮＯ」と判定し、ステップ１に戻る。一方、変位速度の絶対値が所定の閾値ＳＴを超えたときには、嚥下前の動作が検出されている。このため、ステップ２で「ＹＥＳ」と判定し、ステップ３に移行する。
　ステップ３では、センシング部分３Ａ，３Ｂの信号強度変化を個別に取得する。具体的には、デジタル信号Ｓ1Ld，Ｓ2Ldの時間変化の波形パターンを取得する。併せて、Ａ／Ｄコンバータ２１Ｄ，２２Ｄを用いて、ＨＰＦ２１Ｃ，２２Ｃから出力された高周波成分Ｓ1Ha，Ｓ2Haをデジタル信号Ｓ1Hd，Ｓ2Hdに変換する。そして、信号処理部２３は、音信号を含むデジタル信号Ｓ1Hd，Ｓ2Hdの取得を開始する。
　続くステップ４では、デジタル信号Ｓ1Ld，Ｓ2Ldの変化パターンと各センシング部分３Ａ，３Ｂでの変化（例えば信号強度最大）のタイミングが所定範囲内か否かに基づいて、嚥下か否かを判定する。
　図１３に、嚥下時の波形パターンの一例を示す。図１３に示すように、嚥下時には、１．５秒付近で、上側のセンシング部分３Ａの下向きの鋭いピークＰa1と、下側のセンシング部分３Ｂの上向きの鋭いピークＰb1が所定時間内に発生する。その後に、１．６秒付近で、上側のセンシング部分３Ａの少しブロードな上向きのピークＰa2と、下側のセンシング部分３Ｂの少しブロードな上向きのピークＰb2が所定時間内に発生する。さらに、１．７～２．１秒付近で、緩やかな下向きの２個のピークＰb3，Ｐb4が所定時間内に発生する。このため、信号処理部２３は、これらのピークＰa1，Ｐa2，Ｐb1～Ｐb4が全て発生したか否かに基づいて、嚥下か否かの判定を行う。
　ピークＰa1，Ｐb1は、喉頭隆起の上方への移動（挙上）に対応している。ピークＰa2，Ｐb2は、喉頭隆起の前方への移動（前進）に対応している。ピークＰb3，Ｐb4は、喉頭隆起の元の位置への移動に対応している。
　上側のセンシング部分３Ａの下向きの鋭いピークＰa1と、下側のセンシング部分３Ｂの上向きの鋭いピークＰb1を得るためには、上側のセンシング部分３Ａと下側のセンシング部分３Ｂの配置間隔を、皮膚上から甲状軟骨１０３の動きを捉え易いように、喉頭隆起の頸部の長さ方向の大きさ程度にし（１０～３５ｍｍ程度）、喉頭隆起を挟んで上下に上側のセンシング部分３Ａと下側のセンシング部分３Ｂを配置することが望ましい。複数のセンシング部分３Ａ，３Ｂをこのように配置した場合には、喉頭隆起の上方移動と前方移動を区別して判定することが可能である。
　なお、図１３は、嚥下時の波形パターンの一例を示したものであり、例えば圧電フィルムセンサ３の貼付位置、測定条件の違い、個人差、嚥下障害度合等に応じて、ピーク個数やピークタイミングが異なる場合がある。このため、嚥下の判定には、全てのピークＰa1，Ｐa2，Ｐb1～Ｐb4を用いる必要はなく、例えばピークＰa1，Ｐa2のように、検出が容易で特徴的なものだけを用いてもよい。また、例えば、下側のセンシング部分３ＢのピークＰb3，Ｐb4に対応した時刻に、上側のセンシング部分３Ａでもピークが検出されることがある。このため、ピークＰa1，Ｐa2，Ｐb1～Ｐb4だけでなく、他のピークも併せて考慮することによって、嚥下の判定を行ってもよい。
　上述の判定条件を満たさないときには、嚥下とは判定しない。このため、ステップ４で「ＮＯ」と判定し、ステップ１に戻る。これに対し、上述の判定条件を満たすときには、嚥下と判定する。このため、ステップ４で「ＹＥＳ」と判定し、ステップ５に移行して、嚥下時のデータのみを抽出する。
　例えば、嚥下時のデータは、ステップ２で嚥下前の動作を検出した時点（変位速度の絶対値が所定の閾値ＳＴを超えた時点）を始点とし、ステップ４で嚥下を判定してから所定時間が経過する時点を終点としたときに、始点から終点までの間のデジタル信号Ｓ1Ld，Ｓ2Ld，Ｓ1Hd，Ｓ2Hdのデータである。
　なお、所定時間は、例えば被験者１０１毎の波形データの個人差を考慮し、適宜設定される。また、ステップ２で取得を開始したデータを全て抽出する必要はなく、例えばステップ４で嚥下を判定した時点を基準に、その前後で予め決められた時間範囲内のデータを抽出してもよい。続くステップ６では、抽出したデータを、内部メモリ２４に保存する、または、無線通信モジュール２５を用いて外部機器に送信する。
　かくして、第１の実施の形態によれば、圧電フィルムセンサ３は、嚥下に伴って発生する甲状軟骨１０３の動きの範囲の皮膚に貼り付けられる。このため、例えば首（頸部）の太さおよび形状が被験者１０１毎に異なるときでも、このような個人差の影響を抑制することができ、多くの人に調整することなく使用することができる。また、圧電フィルムセンサ３は、頸部の長さ方向に複数のセンシング部分３Ａ，３Ｂを有し、複数のセンシング部分３Ａ，３Ｂのそれぞれの変形に伴う信号をそれぞれ出力する。このため、複数のセンシング部分３Ａ，３Ｂは、甲状軟骨１０３の動作（上方移動、前方移動）に応じて、互いに波形パターンの異なる信号を出力することができる。このため、複数のセンシング部分３Ａ，３Ｂからのアナログ信号Ｓ1a，Ｓ2aを用いることによって、単一のセンシング部分を用いた場合に比べて、嚥下を容易に特定することができる。
　また、圧電フィルムセンサ３は、甲状軟骨１０３上の皮膚に貼り付けられ、頸部の長さ方向に複数のセンシング部分３Ａ，３Ｂを有する。このとき、例えば頷くときのように、甲状軟骨１０３とその上の皮膚の相対位置が変化しない首の動作（首を縦に振る動作）をしたときには、甲状軟骨１０３と皮膚との相対位置が変化しない。これ対し、嚥下動作をしたときには、甲状軟骨１０３と皮膚との相対位置が変化する。
　この点について、図６ないし図１２を参照して具体的に説明する。例えば、図６に示すように、嚥下動作前の基準姿勢時となる口腔期には、被験者１０１は、食物Ｆを咀嚼し、咽頭へ送り込む。このとき、甲状軟骨１０３は、２個のセンシング部分３Ａ，３Ｂとのうち下側のセンシング部分３Ｂに近い位置に配置されている。
　続く、咽頭期では、被験者１０１は、食物Ｆを口腔から咽頭へ送り込む。このとき、図７に示すように、下側のセンシング部分３Ｂの下にあった甲状軟骨１０３が、嚥下動作時に上側のセンシング部分３Ａの下に移動する。続く、図８および図９に示す食道期では、被験者１０１は、食物Ｆを咽頭から食道へ送り込む。このとき、気道は閉塞されるため、食物Ｆは気道には入らない。食物Ｆは、食道から胃に送り込まれる。
　ここで、嚥下動作時には、下側のセンシング部分３Ｂからの変位信号（低周波成分Ｓ1La）と、上側のセンシング部分３Ａからの変位信号（低周波成分Ｓ2La）とでは、その波形パターンが異なる。出力の変位速度成分が最大となるのは、甲状軟骨１０３が上方へ移動するときである（図７参照）。図１０および図１１に示すように、例えば、甲状軟骨１０３が圧電フィルムセンサ３の下側から上側に移動するときには、下側のセンシング部分３Ｂからの変位信号と、上側のセンシング部分３Ａからの変位信号とには、互いに逆向きの大きなピークＰa1，Ｐb1が発生する（図１３参照）。
　これに対し、図１２に示すように、上を向く動作時には、甲状軟骨１０３は、下側のセンシング部分３Ｂの下から移動しない。このため、出力の変位速度成分に大きなピークは発生し難く、また発生したとしても、下側のセンシング部分３Ｂからの変位信号と上側のセンシング部分３Ａからの変位信号とでは、互いに逆向きの大きなピークは発生しない。このように、首の上下動作と嚥下動作とで、センシング部分３Ａ，３Ｂからの変位信号が異なるから、首の上下動作に伴う誤検出を抑制することができる。
　なお、図１０ないし図１２に示すように、首の側面部Ａおよび前頸部１０２の下部Ｂに対する甲状軟骨１０３の相対位置関係は、嚥下動作時と上を向く動作時とでは、あまり差がないことが分かる。一方、嚥下動作時には、甲状軟骨１０３は上方に変位するが、首の側面部Ａと前頸部１０２の下部Ｂはほぼ変位しない。これに対し、特許文献１に開示されたように、保持バンドを首に巻き付けてセンサを頸部に固定した場合には、被験者１０１が上を向くと後頸部に対して甲状軟骨１０３が上方に変位する。このため、嚥下動作による皮膚下での甲状軟骨１０３の動きと、首の上下動による後頸部に対する甲状軟骨１０３の動きとを、区別することが難しくなる。従って、嚥下センサ１を固定する範囲は、甲状軟骨１０３上とその近傍の狭い範囲の皮膚であることが望ましい。
　但し、センシング領域が狭い範囲だと嚥下時の甲状軟骨１０３が移動した際に、甲状軟骨１０３のセンシング領域の範囲外に出てしまう。このため、嚥下センサ１は、甲状軟骨１０３が移動する範囲を複数のセンシング部分３Ａ，３Ｂで覆っている。
　嚥下センサ１は、複数のセンシング部分３Ａ，３Ｂのアナログ信号Ｓ1a，Ｓ2aに基づいて甲状軟骨１０３の動きを検出し、嚥下の動作を判定する信号処理部２３を備える。このとき、複数のセンシング部分３Ａ、３Ｂは、甲状軟骨１０３の動作（上方移動、前方移動）に応じて、互いに波形パターンの異なるアナログ信号Ｓ1a，Ｓ2aを出力することができる。このため、信号処理部２３は、複数のセンシング部分３Ａ，３Ｂからアナログ信号Ｓ1a，Ｓ2aが出力されたときに、それぞれのアナログ信号Ｓ1a，Ｓ2aの波形パターンの特徴を比較することによって、甲状軟骨１０３の動きを検出し、嚥下の動作を判定することができる。
　具体的には、信号処理部２３は、複数のセンシング部分３Ａ，３Ｂのアナログ信号Ｓ1a，Ｓ2aに基づいて喉頭隆起の上方移動と前方移動を判定することで嚥下を判定する。このため、信号処理部２３は、アナログ信号Ｓ1a，Ｓ2aに、喉頭隆起の上方移動に応じたピークＰa1，Ｐb1と、喉頭隆起の前方移動に応じたピークＰa2，Ｐb2が発生するか否かに応じて、嚥下を判定することができる。
　圧電フィルムセンサ３は、圧電フィルム４を用いて形成されているから、センシング部分３Ａ，３Ｂを薄くて軽く形成することができ、甲状軟骨１０３を含む喉頭の動きを阻害しない。また、患者の違和感を小さくすることができるのに加え、軽いため、頸部の皮膚からの剥離を抑制することができる。
　信号処理部２３は、圧電フィルムセンサ３から出力されるアナログ信号Ｓ1a，Ｓ2aの変位成分（低周波成分Ｓ1La，Ｓ2La）を用いて嚥下の動作を判定する。このとき、変位成分は、信号の周波数が低いから、信号処理部２３は、サンプリング周波数の低いデジタル信号Ｓ1Ld，Ｓ2Ldの変位成分を用いて嚥下の動作を判定することができる。
　信号処理部２３が嚥下と判定したときに、その検出した嚥下時の信号データの変位成分（低周波成分Ｓ1La，Ｓ2Laのデジタル信号Ｓ1Ld，Ｓ2Ld）と音成分（高周波成分Ｓ1Ha，Ｓ2Haのデジタル信号Ｓ1Hd，Ｓ2Hd）を抽出し、メモリ２４に保存する、または無線出力する。このため、変位成分に加えて音成分を解析することで、嚥下機能の判定精度を向上することができる。
　また、音成分は、最低でも３ｋＨｚ程度までの周波数成分が必要になるため、サンプリング周波数としては１０ｋＨｚ程度必要になる。このため、音成分を長時間測定すると、データ量が膨大になる。これに対し、嚥下センサ１は、嚥下と判定したときに、その検出した嚥下時の信号データの変位成分と音成分を抽出し、メモリ２４に保存する、または無線出力する。このため、常時は信号データの変位成分および音成分を保存または無線出力する必要がなく、嚥下判定時に限って信号データの変位成分と音成分を抽出すればよい。従って、信号データを常に保存または無線出力する場合に比べて、取得データの膨大化を抑制することができる。
　次に、図１４ないし図１９を用いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態の特徴は、圧電フィルムセンサは、頸部の長さ方向に沿って配列された複数のセンシング部分を有し、複数のセンシング部分のうち少なくとも一つは極性が反転する構成とし、圧電フィルムセンサは、極性が反転したセンシング部分の変形に伴う信号と、極性が反転していない前記センシング部分の変形に伴う信号とを加算して出力することにある。なお、第２の実施の形態において、第１の実施の形態と同一の構成要素は同一の符号を付し、その説明を省略する。
　図１４に示すように、第２の実施の形態による嚥下センサ３１は、被験者１０１の嚥下を検出するセンサ部３２と、センサ部３２から出力された信号を処理する本体部３４と、を有している。センサ部３２は、第１の実施の形態によるセンサ部２と同様に構成され、圧電フィルムセンサ３３を備えている。
　図１５に示すように、圧電フィルムセンサ３３は、圧電素子の一例を示し、第１の実施の形態による圧電フィルムセンサ３と同様に構成されている。このため、圧電フィルムセンサ３３は、圧電フィルム４と第１，第２の電極膜５，６とによって構成されている。圧電フィルムセンサ３３は、センサ部３２の内側に位置して設けられている。圧電フィルムセンサ３３は、フィルム状に形成され、その変形に応じて電気信号（電荷）を発生させる。
　圧電フィルムセンサ３３は、頸部の長さ方向に沿って配列された複数（例えば２個）のセンシング部分３３Ａ，３３Ｂを有している。これらのセンシング部分３３Ａ，３３Ｂのうち少なくとも一つは、極性が反転している。センシング部分３３Ａ，３３Ｂは、圧電フィルムセンサ３３を被験者１０１の前頸部１０２に貼り付けた状態で、頸部の長さ方向（上下方向）に沿って並べられる。具体的には、センシング部分３３Ａ，３３Ｂは、甲状軟骨１０３を挟んで上下方向に配置される。
　センシング部分３３Ａとセンシング部分３３Ｂは、互いに極性が反転している。具体的には、センシング部分３３Ａとセンシング部分３３Ｂは、圧電フィルム４の表面側（外気側）に位置する第１の電極膜５と、裏面側（皮膚側）に位置する第２の電極膜６とを逆にして並列に接続されている（図１６参照）。即ち、センシング部分３３Ａの第１の電極膜５は、センシング部分３３Ｂの第２の電極膜６に接続されている。センシング部分３３Ａの第２の電極膜６は、センシング部分３３Ｂの第１の電極膜５に接続されている。これにより、センシング部分３３Ａとセンシング部分３３Ｂは、互いに電気的に並列接続されている。このため、圧電フィルムセンサ３３は、２個のセンシング部分３３Ａ，３３Ｂの変形に伴う信号を加算した加算信号Ｓaを出力する。
　本体部３４は、嚥下センサ３１の他端側（図１中の下側）に位置して設けられている。本体部３４は、前処理部３５、信号処理部３６、無線通信モジュール２５等を備えている。
　前処理部３５は、第１の実施の形態による前処理部２１とほぼ同様に構成されている。このため、前処理部３５は、増幅回路３５Ａ、低域通過フィルタ３５Ｂ（以下、ＬＰＦ３５Ｂという）、高域通過フィルタ３５Ｃ（以下、ＨＰＦ３５Ｃという）、Ａ／Ｄコンバータ３５Ｄ，３５Ｅを備えている。前処理部３５の入力側は、圧電フィルムセンサ３３に接続され、前処理部３５の出力側は、信号処理部３６に接続されている。
　増幅回路３５Ａは、圧電フィルムセンサ３３から出力される加算信号Ｓaを増幅する。ＬＰＦ３５Ｂ、ＨＰＦ３５Ｃは、増幅された加算信号Ｓaを、低周波成分ＳLa（変位速度）と高周波成分ＳHa（音）とに分離する。Ａ／Ｄコンバータ３５Ｄは、低周波成分ＳLaをデジタル信号ＳLdに変換する。Ａ／Ｄコンバータ３５Ｅは、高周波成分ＳHaをデジタル信号ＳHdに変換する。
　信号処理部３６は、嚥下の動作を判定する嚥下判定部を構成している。信号処理部３６は、本体部３４に設けられ、バッテリ２６から供給される電力によって駆動する。信号処理部３６の入力側は、Ａ／Ｄコンバータ３５Ｄ，３５Ｅに接続されている。一方、信号処理部３６の出力側は、メモリ２４および無線通信モジュール２５に接続されている。信号処理部３６は、例えばマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）等により構成されている。信号処理部３６は、第１の実施の形態による信号処理部２３と同様に、図１８に示す嚥下検出処理を実行する。
　具体的には、信号処理部３６は、デジタル信号ＳLdに基づいて、被験者１０１の嚥下を判定する。信号処理部３６は、被験者１０１の嚥下を判定したときに、その検出した嚥下時の信号データとして、その検出した嚥下時の変位成分（低周波成分ＳLaのデジタル信号ＳLd）と、音成分（高周波成分ＳHaのデジタル信号ＳHd）とを抽出し、メモリ２４に保存する、または無線通信モジュール２５を用いて無線出力する。
　嚥下センサ３１は上述の如き構成を有するもので、次に信号処理部３６によって被験者１０１の嚥下を検出する嚥下検出処理について、図１８を参照して説明する。この嚥下検出処理は、嚥下センサ３１が駆動している間に所定周期毎に繰り返し実行される。
　まず、ステップ１１では、ＬＰＦ３５Ｂから出力された低周波成分ＳLaを、Ａ／Ｄコンバータ３５Ｄによって、デジタル信号ＳLdに変換する。信号処理部３６は、例えば１００Ｈｚ程度の低サンプリング周波数で変換された、変位信号のデータとなるデジタル信号ＳLdを取得する。
　続くステップ１２では、変位信号のデジタル信号ＳLdに基づいて、変位速度の絶対値が所定の閾値ＳＴ以上か否かを判定する。変位速度の絶対値が閾値ＳＴよりも小さいときには、嚥下前の動作は検出されない。このため、ステップ１２で「ＮＯ」と判定し、ステップ１１に戻る。一方、変位速度の絶対値が所定の閾値ＳＴを超えたときには、嚥下前の動作が検出されている。このため、ステップ１２で「ＹＥＳ」と判定し、ステップ１３に移行する。
　ステップ１３では、変位信号の信号強度変化を取得する。具体的には、デジタル信号ＳLdの時間変化の波形パターンを取得する。併せて、Ａ／Ｄコンバータ３５Ｅを用いて、ＨＰＦ３５Ｃから出力された高周波成分ＳHaをデジタル信号ＳHdに変換する。そして、信号処理部３６は、音信号を含むデジタル信号ＳHdの取得を開始する。
　続くステップ１４では、デジタル信号ＳLdの変化パターンとセンシング部分３３Ａ，３３Ｂでの変化（例えば信号強度最大）のタイミングが所定範囲内か否かに基づいて、嚥下か否かを判定する。
　ここで、第２の実施の形態では、圧電フィルムセンサ３３の出力信号（加算信号Ｓa）は単一である。このため、判定に用いる信号強度変化は、１個のみであるため、第１の実施の形態による信号処理部２３とは、嚥下判定のためのパターンが異なる。
　図１９に、加算信号Ｓaに基づく変位信号について、嚥下時の波形パターンの一例を示す。図１９に示すように、嚥下時には、加算信号Ｓaから得られる変位信号（デジタル信号ＳLd）は、嚥下時（１．５秒付近）に非常に鋭い上向きの大きなピークＰ21が発生し、その後の所定時間内（１．７～２．１秒付近）に、２個の緩やかな下向きのピークＰ22，Ｐ23が発生する。このため、信号処理部３６は、これらのピークＰ21～Ｐ23が全て発生したか否かに基づいて、嚥下か否かの判定を行う。
　なお、図１９は、嚥下時の波形パターンの一例を示したものであり、例えば圧電フィルムセンサ３３の貼付位置、測定条件の違い、個人差、嚥下障害度合等に応じて、ピーク個数やピークタイミングが異なる場合がある。このため、嚥下の判定には、全てのピークＰ21～Ｐ23を用いる必要はなく、例えばピークＰ21のように、検出が容易で特徴的なものだけを用いてもよい。
　上述の判定条件を満たさないときには、嚥下とは判定しない。このため、ステップ１４で「ＮＯ」と判定し、ステップ１１に戻る。これに対し、上述の判定条件を満たすときには、嚥下と判定する。このため、ステップ１４で「ＹＥＳ」と判定し、ステップ１５に移行して、嚥下時のデータのみを抽出する。続くステップ１６では、抽出したデータを、内部メモリ２４に保存する、または、無線通信モジュール２５を用いて外部機器に送信する。
　かくして、第２の実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様な作用効果を得ることができる。また、第１の実施の形態では、複数のセンシング部分３Ａ，３Ｂは個別にアナログ信号Ｓ1a，Ｓ2aを出力するから、センシング部分の個数が多い場合には、出力信号の数が増えてデータ量が増加し、演算処理負荷も増加する。これに対し、第２の実施の形態では、極性が反転したセンシング部分３３Ａ，３３Ｂがそれぞれ１個ずつを上下に並べた構造となっており、圧電フィルムセンサ３３は、複数のセンシング部分３３Ａ，３３Ｂの変形に伴う信号を加算した加算信号Ｓaを出力する。このため、データ量は増加させずに、嚥下判定を行い易くすることができる。
　この点について、図１９を参照して具体的に説明する。図１９中の破線は、比較例として、２個のセンシング部分３３Ａ，３３Ｂを互いに同じ極性（非反転の極性）にして並列接続した場合について、その出力信号を示している。この比較例は、センシング部分が単一の場合に相当する。図１９に示すように、比較例の場合には、約１．５秒から上向きのピークＰ31が発生し、その後下向きの比較的緩やかな２個のピークＰ32，Ｐ33が発生している。しかしながら、明確な特徴のあるパターンとは言えず、首の上下動等と明確に区別できない場合がある。
　図１９中の実線は、第２の実施の形態による圧電フィルムセンサ３３からの出力信号（加算信号Ｓa）を示している。この場合、２個のセンシング部分３３Ａ，３３Ｂは、互いに極性が反転した状態で、電気的に並列接続されている。図１９に示すように、第２の実施の形態では、加算信号Ｓaの波形パターンは、約１．５秒で非常に鋭い上向きの大きなピークＰ21が発生し、その後、２個の緩やかな下向きのピークＰ22，Ｐ23が発生している。このように、第２の実施の形態では、比較例に比べて、約１．５秒の甲状軟骨１０３の上方移動時のピークの特徴が明確になっており、嚥下判定が容易になる。従って、データ量を増やすことなく嚥下検出の精度を向上できる。
　前記第２の実施の形態では、センサ部３２の圧電フィルムセンサ３３が２個のセンシング部分３３Ａ，３３Ｂを有する場合を例示して説明したが、３個以上のセンシング部分を有してもよい。
　図２０に示す第１の変形例では、センサ部４１の圧電フィルムセンサ４２は、４個のセンシング部分４２Ａ～４２Ｄを有している。４個のセンシング部分４２Ａ～４２Ｄは、上下方向（頸部の長さ方向）に沿って配列され、交互に極性が反転している。即ち、センシング部分４２Ａ，４２Ｃとセンシング部分４２Ｂ，４２Ｄとは、極性が反転している。この場合、圧電フィルムセンサ４２は、２組の出力部４３，４４を有している。出力部４３は、センシング部分４２Ａとセンシング部分４２Ｂとが並列接続され、センシング部分４２Ａの信号とセンシング部分４２Ｂの信号とを加算した加算信号を出力する。出力部４４は、センシング部分４２Ｃとセンシング部分４２Ｄとが並列接続され、センシング部分４２Ｃの信号とセンシング部分４２Ｄの信号とを加算した加算信号を出力する。
　図２１に示す第２の変形例では、センサ部５１の圧電フィルムセンサ５２は、４個のセンシング部分５２Ａ～５２Ｄを有している。４個のセンシング部分５２Ａ～５２Ｄは、上下方向（頸部の長さ方向）に沿って配列され、上側の２個のセンシング部分５２Ａ，５２Ｂと、下側の２個のセンシング部分５２Ｃ，５２Ｄとは、極性が反転している。この場合、圧電フィルムセンサ５２は、２組の出力部５３，５４を有している。出力部５３は、センシング部分５２Ａとセンシング部分５２Ｃとが並列接続され、センシング部分５２Ａの信号とセンシング部分５２Ｃの信号とを加算した加算信号を出力する。出力部５４は、センシング部分５２Ｂとセンシング部分５２Ｄとが並列接続され、センシング部分５２Ｂの信号とセンシング部分５２Ｄの信号とを加算した加算信号を出力する。
　圧電フィルムセンサ４２，５２のいずれでも、センシング部分４２Ａ～４２Ｄ，５２Ａ～５２Ｄの個数に比べて、加算信号の出力数が少なくなる。
　なお、極性が反転しているセンシング部分（例えばセンシング部分４２Ｃ，５２Ｂ）と反転していないセンシング部分（例えばセンシング部分４２Ｄ，５２Ｄ）の配置間隔Ｄ1，Ｄ2は、皮膚上から甲状軟骨１０３の動きを捉えやすいように、喉頭隆起の大きさ程度にし（例えば、１０～３５ｍｍ程度）、喉頭隆起の上下に、極性が反転しているセンシング部分と、反転していないセンシング部分とを配置することが望ましい。
　また、前記各実施の形態では、増幅後のアナログ信号や加算信号を低周波成分と高周波成分とに分離する構成とした。本発明はこれに限らず、ＡＤ変換後のデジタル信号で低周波成分と高周波成分とに分離してもよい。さらに、増幅前のアナログ信号を低周波成分と高周波成分とに分離してもよい。
　また、前記各実施の形態では、圧電素子として圧電フィルムセンサ３，３３を例示したが、圧電素子はフィルム状である必要はなく、バルク状（塊状）であってもよい。また、圧電素子の圧電材料は、圧電性を有する物質であれば特に限定されるものではない。例えば、圧電素子の圧電材料は、ウルツ鉱型構造を有する化合物やペロブスカイト構造（ＡＢＯ３）を有する複合酸化物（ペロブスカイト系複合酸化物）を主成分とする材料を用いることができる。
　ウルツ鉱型構造を有する化合物としては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウム、酸化ベリリウム、酸化亜鉛、硫化カドミウム、硫化亜鉛またはヨウ化銀が挙げられる。
　ペロブスカイト系複合酸化物のペロブスカイト構造（ＡＢＯ３）のＡサイトとしては、例えば、鉛（Ｐｂ）、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、ランタン（Ｌａ）、リチウム（Ｌｉ）およびビスマス（Ｂｉ）の中から選択される少なくとも１種の元素を採用することができる。ペロブスカイト構造（ＡＢＯ３）のＢサイトとしては、例えば、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、コバルト（Ｃｏ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、アンチモン（Ｓｂ）、タンタル（Ｔａ）および鉄（Ｆｅ）の中から選択される少なくとも１種の元素が採用される。
　このようなペロブスカイト系複合酸化物の具体例としては、チタン酸ジルコン酸鉛［Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３］（ＰＺＴともいう）、ニオブ酸タンタル酸カリウム［Ｋ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ３］、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３［チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）など］、等が挙げられる。
　次に、上記の実施の形態に含まれる発明について記載する。本発明による嚥下センサは、嚥下に伴って発生する甲状軟骨の動きの範囲に位置して前頸部の皮膚に貼り付けられ、頸部の長さ方向に複数のセンシング部分を有する圧電素子を有し、前記圧電素子は、複数の前記センシング部分の変形に伴う信号を個別に出力する。
　本発明によれば、圧電素子は、嚥下に伴って発生する甲状軟骨の動きの範囲の皮膚に貼り付けられる。このため、例えば首（頸部）の太さおよび形状が被験者毎に異なるときでも、これらの個人差の影響を抑制することができ、多くの人に調整することなく使用することができる。また、圧電素子は、頸部の長さ方向に複数のセンシング部分を有し、複数のセンシング部分の変形に伴う信号をそれぞれ出力する。このため、複数のセンシング部分は、甲状軟骨の動作（上下動作）に応じて、互いに波形パターンの異なる信号を出力することができる。この結果、複数のセンシング部分からの信号を用いることによって、単一のセンシング部分を用いた場合に比べて、嚥下を容易に特定することができる。
　また、圧電素子は、甲状軟骨上の皮膚に貼り付けられ、頸部の長さ方向に複数のセンシング部分を有する。このとき、例えば頷く動作のように、甲状軟骨とその上の皮膚の相対位置が変化しない首の動作（首を縦に振る動作）をしたときには、甲状軟骨と皮膚との相対位置が変化しない。これ対し、嚥下動作をしたときには、甲状軟骨と皮膚との相対位置が変化する。このため、首の上下動作と嚥下動作とで、センシング部分からの信号が異なるから、首の上下動作に伴う誤検出を抑制することができる。
　本発明では、複数の前記センシング部分の信号に基づいて甲状軟骨の動きを検出し、嚥下の動作を判定する嚥下判定部をさらに備えている。
　このとき、複数のセンシング部分は、甲状軟骨の動作（上下動作）に応じて、互いに波形パターンの異なる信号を出力することができる。このため、嚥下判定部は、複数のセンシング部分から信号が出力されたときに、それぞれの信号の波形パターンの特徴を比較することによって、甲状軟骨の動きを検出し、嚥下の動作を判定することができる。
　本発明では、前記嚥下判定部は、複数の前記センシング部分の信号に基づいて喉頭隆起の上方移動と前方移動を判定することで嚥下を判定する。
　喉頭隆起の上方移動では、喉頭隆起が上方に移動することによって、複数のセンシング部分の信号にピークが発生する。また、喉頭隆起の前方移動では、喉頭隆起が前方に移動することによって、複数のセンシング部分の信号にピークが発生する。嚥下判定部は、これらのピークの有無を判定することによって、嚥下を判定することができる。
　本発明による嚥下センサは、嚥下に伴って発生する甲状軟骨の動きの範囲に位置して前頸部の皮膚に貼り付けられ、頸部の長さ方向に沿って配列された複数のセンシング部分を有する圧電素子を有し、複数の前記センシング部分のうち少なくとも一つは、極性が反転し、前記圧電素子は、極性が反転した前記センシング部分の変形に伴う信号と、極性が反転していない前記センシング部分の変形に伴う信号とを加算して出力する。
　本発明によれば、圧電素子は、嚥下に伴って発生する甲状軟骨の動きの範囲の皮膚に貼り付けられる。このため、例えば首の太さおよび形状について、個人差の影響を抑制することができ、多くの人に調整することなく使用することができる。また、圧電素子は、頸部の長さ方向に沿って配列した複数のセンシング部分のうち少なくとも一つの極性が反転したセンシング部分を有している。例えば、甲状軟骨を挟んで上下方向に複数のセンシング部分を配置した場合、甲状軟骨が上方に移動したときに、上側のセンシング部分と下側のセンシング部分とでは、大きな信号のピークが逆向きに発生する。このとき、極性が反転した複数のセンシング部分では、信号が反転するから、これらの信号を加算することによって、甲状軟骨の上方移動時の大きなピークが強調される。この結果、複数のセンシング部分から別個の信号を出力した場合に比べて、データ量を増加させずに、嚥下検出の精度を向上させることができる。
　また、圧電素子は、甲状軟骨上の皮膚に貼り付けられ、頸部の長さ方向に複数のセンシング部分を有する。このとき、首を縦に振る動作をしたときには、甲状軟骨と皮膚との相対位置が変化しない。これに対し、嚥下動作をしたときには、甲状軟骨と皮膚との相対位置が変化する。このため、首の上下動作と嚥下動作とで、センシング部分からの信号が異なるから、首の上下動作に伴う誤検出を抑制することができる。
　本発明では、少なくとも一つずつの極性が反転した前記センシング部分の変形に伴う信号と、極性が反転していない前記センシング部分の変形に伴う信号とを加算した加算信号に基づいて甲状軟骨の動きを検出し、嚥下の動作を判定する嚥下判定部をさらに備えている。
　極性が反転した複数のセンシング部分の変形に伴う信号と極性が反転していないセンシング部分の変形に伴う信号とを加算した加算信号は、甲状軟骨の上方移動時に、大きなピークが強調される。このため、嚥下判定部は、加算信号のピークを検出することによって、甲状軟骨の動きを検出し、嚥下の動作を判定することができる。
　本発明では、前記嚥下判定部が嚥下と判定したときに、その検出した嚥下時の信号データを抽出し、メモリに保存する、または無線出力する。
　このため、常時は信号データを保存または無線出力する必要がなく、嚥下判定時に限って信号データを抽出すればよい。従って、信号データを常に保存または無線出力する場合に比べて、取得データの膨大化を抑制することができる。
　本発明では、前記圧電素子は圧電フィルムを用いて形成されている。
　本発明によれば、圧電素子は圧電フィルムを用いて形成されているから、センシング部分を薄くて軽く形成することができ、甲状軟骨を含む喉頭の動きを阻害しない。また、患者の違和感を小さくすることができるのに加え、軽いため、頸部の皮膚からの剥離を抑制することができる。
　本発明では、前記圧電素子から出力される信号を低周波成分の変位成分と高周波成分の音成分とに分離し、前記嚥下判定部は、前記変位成分を用いて嚥下の動作を判定する。
　このとき、変位成分は、信号の周波数が低いから、嚥下判定部は、サンプリング周波数の低い信号データの変位成分を用いて嚥下の動作を判定することができる。
　本発明では、前記嚥下判定部が嚥下と判定したときに、その検出した嚥下時の信号データの変位成分と音成分を抽出し、メモリに保存する、または無線出力する。
　このため、変位成分に加えて音成分を解析することで、嚥下機能の判定精度を向上することができる。
　また、音成分は、最低でも３ｋＨｚ程度までの周波数成分が必要になるため、サンプリング周波数は少なくとも１０ｋＨｚ程度にする必要がある。このため、音成分を長時間測定すると、データ量が膨大になる。これに対し、本発明による嚥下センサは、嚥下と判定したときに、その検出した嚥下時の信号データの変位成分と音成分を抽出し、メモリに保存する、または無線出力する。このため、常時は信号データの変位成分および音成分を保存または無線出力する必要がなく、嚥下判定時に限って信号データの変位成分と音成分を抽出すればよい。従って、信号データを常に保存または無線出力する場合に比べて、取得データの膨大化を抑制することができる。
　１，３１　嚥下センサ
　２，３２，４１，５１　センサ部
　３，３３，４２，５２　圧電フィルムセンサ（圧電素子）
　３Ａ，３Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ，４２Ａ～４２Ｄ，５２Ａ～５２Ｄ　センシング部分
　４　圧電フィルム
　５，６　第１，第２の電極膜
　１０　貼付部材
　２０，３４　本体部
　２１，２２，３５　前処理部
　２１Ｂ，２２Ｂ，３５Ｂ　ＬＰＦ
　２１Ｃ，２２Ｃ，３５Ｃ　ＨＰＦ
　２３，３６　信号処理部
　２４　メモリ
　２５　無線通信モジュール

Claims (9)

  1. 　嚥下に伴って発生する甲状軟骨の動きの範囲に位置して前頸部の皮膚に貼り付けられ、頸部の長さ方向に複数のセンシング部分を有する圧電素子を有し、
    　前記圧電素子は、複数の前記センシング部分の変形に伴う信号を個別に出力する嚥下センサ。
  2. 　複数の前記センシング部分の信号に基づいて甲状軟骨の動きを検出し、嚥下の動作を判定する嚥下判定部をさらに備えた請求項１に記載の嚥下センサ。
  3. 　前記嚥下判定部は、複数の前記センシング部分の信号に基づいて喉頭隆起の上方移動と前方移動を判定することで嚥下を判定する請求項２に記載の嚥下センサ。
  4. 　嚥下に伴って発生する甲状軟骨の動きの範囲に位置して前頸部の皮膚に貼り付けられ、頸部の長さ方向に沿って配列された複数のセンシング部分を有する圧電素子を有し、
    　複数の前記センシング部分のうち少なくとも一つは、極性が反転し、
    　前記圧電素子は、極性が反転した前記センシング部分の変形に伴う信号と、極性が反転していない前記センシング部分の変形に伴う信号とを加算して出力する嚥下センサ。
  5. 　複数の前記センシング部分の変形に伴う信号を加算した加算信号に基づいて甲状軟骨の動きを検出し、嚥下の動作を判定する嚥下判定部をさらに備えた請求項４に記載の嚥下センサ。
  6. 　前記嚥下判定部が嚥下と判定したときに、その検出した嚥下時の信号データを抽出し、メモリに保存する、または無線出力する請求項２または５に記載の嚥下センサ。
  7. 　前記圧電素子は圧電フィルムを用いて形成された請求項２または５に記載の嚥下センサ。
  8. 　前記圧電素子から出力される信号を低周波成分の変位成分と高周波成分の音成分とに分離し、
    　前記嚥下判定部は、前記変位成分を用いて嚥下の動作を判定する請求項２または５に記載の嚥下センサ。
  9. 　前記嚥下判定部が嚥下と判定したときに、その検出した嚥下時の信号データの変位成分と音成分を抽出し、メモリに保存する、または無線出力する請求項８に記載の嚥下センサ。
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