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WO2023100348A1 - 生体検査装置、生体情報分析方法およびコンピュータプログラム - Google Patents

生体検査装置、生体情報分析方法およびコンピュータプログラム Download PDF

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WO2023100348A1
WO2023100348A1 PCT/JP2021/044466 JP2021044466W WO2023100348A1 WO 2023100348 A1 WO2023100348 A1 WO 2023100348A1 JP 2021044466 W JP2021044466 W JP 2021044466W WO 2023100348 A1 WO2023100348 A1 WO 2023100348A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
swallowing
thyroid cartilage
trajectory
data
movement
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2021/044466
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
敬治 内田
蘭 橘
寛彦 水口
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.)
Maxell Ltd
Original Assignee
Maxell 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 Maxell Ltd filed Critical Maxell Ltd
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Priority to US18/714,570 priority patent/US20250017519A1/en
Priority to CN202180104712.6A priority patent/CN118338843A/zh
Priority to JP2023564695A priority patent/JP7785801B2/ja
Publication of WO2023100348A1 publication Critical patent/WO2023100348A1/ja
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
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    • 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
    • A61B5/1126—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor or mobility of a limb using a particular sensing technique
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves
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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
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7235—Details of waveform analysis
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/74—Details of notification to user or communication with user or patient; User input means
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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
    • A61B2562/0204—Acoustic sensors

Definitions

  • the present invention relates to a biopsy apparatus for performing a test on swallowing of a living body, a biometric information analysis method and a computer program for analyzing biometric information obtained along with swallowing of a living body.
  • Pneumonia is known to be one of the major causes of death. Among them, aspiration pneumonia induced by dysphagia, which means a disorder related to swallowing, accounts for about 60% or more.
  • Stroke is the main cause of dysphagia, and it is known that 80% of patients in the acute phase develop dysphagia. It is also known that the percentage of people with dysphagia increases with age, even without a clear causative disease such as stroke. expected to increase.
  • VF Videofluoroscopic Examination of Swallowing
  • a bolus containing a contrast agent such as barium sulfate and an X-ray fluoroscope are used to monitor the movement of the bolus during swallowing and the behavior of the hyoid bone and larynx of the subject.
  • the swallowing movement is a series of rapid movements and is generally recorded and evaluated on video.
  • VF requires caution because it is an examination that has the potential for aspiration and suffocation, and because it requires a large-sized X-ray fluoroscope, exposure and time are limited.
  • VE videoendoscopic examination of swallowing
  • Patent Literature 1 discloses a device that attaches a microphone to the neck, saves voice data corresponding to auscultation as digital data, and detects swallowing by waveform analysis.
  • Patent Document 2 in addition to a microphone, a magnetic coil is attached to the neck, and in addition to voice data, motion data of the thyroid cartilage during swallowing, which corresponds to palpation, is stored as digital data, and an examination related to swallowing of a living body is performed. and a biopsy apparatus that displays the results.
  • this biopsy apparatus has a transmitting coil and a receiving coil arranged so as to sandwich the thyroid cartilage.
  • the lateral displacement of the cartilage is measured as distance information between the coils.
  • distance information and voice information corresponding to palpation and auscultation can be acquired noninvasively at the same time, so that the swallowing motion can be evaluated by combining the distance information and voice information.
  • the swallowing state is evaluated by comparing two types of waveforms, that is, the motion waveform based on the distance information and the swallowing sound waveform based on the voice information, regarding the timing of the temporal change.
  • motion waveforms based on distance information are the result of indirectly observing the behavior of the hyoid bone via the thyroid cartilage. It is difficult to interpret the actual swallowing dynamics from the time-series waveforms because it is likened to motion, and the examiner has no choice but to guess the overall swallowing behavior from the waveform changes of the voice information and the distance information.
  • the evaluation mode based on the display of two independent time-series waveforms, there is a problem that it is difficult to grasp the specific swallowing behavior at a glance.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and is designed so that two-dimensional movements of the thyroid cartilage and hyoid bone that accompany swallowing sounds can be grasped at a glance as swallowing dynamics by noninvasive examination. It is also an object of the present invention to provide a biopsy apparatus, a biometric information analysis method, and a computer program that enable a person to grasp at a glance the swallowing sound peak position in the thyroid cartilage migration path during swallowing.
  • the biopsy apparatus of the present invention detects changes in the distance between two positions in the larynx of a subject caused by vertical and anteroposterior movements of the thyroid cartilage during swallowing.
  • a laryngeal displacement detector a swallowing sound detector that detects a swallowing sound when the subject swallows
  • a processor that processes detection data from the laryngeal displacement detector and the swallowing sound detector.
  • the processing unit is configured to fit a model function modeling a swallowing motion to distance information based on the detection data detected by the laryngeal displacement detection unit, and from the results of fitting, the vertical movement associated with the vertical movement of the thyroid cartilage.
  • the thyroid cartilage and the anteroposterior motion component associated with the anteroposterior motion of the thyroid cartilage are extracted, and based on these extracted vertical motion component and anteroposterior motion component, the behavior of the thyroid cartilage in the vertical direction and the anteroposterior direction are simultaneously displayed in one trajectory graph.
  • the thyroid cartilage is lifted and forward in a series of movement paths of the thyroid cartilage up and down during swallowing.
  • Identification display data that allows it to be determined on the trajectory graph whether the peak of the swallowing sound is present on the forward path of the movement path that accompanies the movement of the thyroid cartilage or the return path of the movement path that accompanies the posterior movement and descent of the thyroid cartilage. is characterized by generating
  • the present inventors have found distance information based on the detection data, that is, two distances in the larynx of the subject that occur with the vertical and anteroposterior movements of the thyroid cartilage during swallowing, shown as an example in FIG.
  • the W-shaped distance waveform 701 (the horizontal axis indicates time and the vertical axis indicates the distance between the two positions) showing the change in the distance between positions over time, due to the conical shape of the thyroid cartilage, , thyroid cartilage and hyoid bone's two-dimensional motion (front-back motion and up-down motion) are embedded in one-dimensional (left-right) space.
  • the distance waveform 701 the upward-to-downward behavior of the thyroid cartilage produces a downwardly convex waveform component, while the forward-to-reverse behavior of the thyroid cartilage produces an upwardly convex waveform component.
  • this W-shaped distance waveform 701 into a downwardly convex waveform 710a and an upwardly convex waveform 720, as shown in FIG. 11(a).
  • the fitting result is obtained by fitting the model function that models the swallowing motion to the distance information based on the detection data detected by the laryngeal displacement detection unit.
  • behavioral components related to all movement directions of the thyroid cartilage during swallowing that is, movement in the up-down direction and back-and-forth direction
  • Two anteroposterior and anteroposterior motion components corresponding to , respectively, are extracted from the fitting result, and based on these two components, the behavior of the thyroid cartilage in the up-and-down direction and the anteroposterior direction are shown simultaneously in a two-dimensional or three-dimensional trajectory graph.
  • swallowing dynamics consisting of two pieces of physical information (vertical movement information and back-and-forth movement information of the thyroid cartilage) can be integrated into one trajectory graph and visualized by modeling and component decomposition of the swallowing motion. (Hyoid bone) Up and down and back and forth movement can be grasped at a glance two-dimensionally or three-dimensionally. As a result, it is possible to easily evaluate dysphagia without requiring skill.
  • the two-dimensional trajectory data is generated as coordinate data shown on a coordinate plane defined by two mutually orthogonal coordinate axes, one coordinate axis corresponding to the trajectory data value of the longitudinal motion component, and the other coordinate axis It preferably corresponds to the trajectory data value of the vertical motion component.
  • the three-dimensional trajectory data is generated as coordinate data shown in a coordinate space defined by three mutually orthogonal coordinate axes. It is preferable to include a coordinate axis corresponding to the trajectory data value of the dynamic component and a coordinate axis indicating the swallowing motion time.
  • the present inventors have confirmed that the display form based on such trajectory data values substantially corresponds to the motion trajectory of the hyoid bone in swallowing dynamics analysis such as hyoid bone motion by dysphagia (VF).
  • VF dysphagia
  • the forward movement path involving the elevation and forward movement of the thyroid cartilage and the forward movement of the thyroid cartilage.
  • the identification display which of the return routes of the movement route accompanying the backward movement and the downward movement has the peak of the swallowing sound. Therefore, the swallowing sound peak position in the thyroid cartilage movement path during swallowing can be grasped at a glance, and the swallowing behavior can be accurately evaluated.
  • such an identification display is particularly effective when, in a two-dimensional trajectory graph display (two-dimensional still image) based on two-dimensional trajectory data, the peak position of the swallowing sound is near the coordinate origin. This is useful when dots of the data plotted on the graph overlap each other and it is difficult to grasp in which of the outward and return paths of the thyroid cartilage migration path the swallowing sound peaks.
  • the "identification display” is a display that distinguishes the plot (mark) indicating the swallowing sound peak position from the plots of other data values by color, size, marks such as arrows, characters, etc., or
  • the trajectory graph is color-coded for the outward and return trips, and the peak position of the swallowing sound is indicated by dots on the trajectory graph.
  • Any display form may be used as long as the display form allows the user to grasp at a glance.
  • the laryngeal displacement detection unit can detect changes in the distance between two positions in the larynx of the subject caused by the vertical and anteroposterior movements of the thyroid cartilage during swallowing, any detection form can be used. may be adopted.
  • the laryngeal displacement detection unit may be composed of a transmission coil and a reception coil that are arranged to sandwich the thyroid cartilage from both sides and transmit and receive high-frequency signals.
  • the change in the distance may be detected by three-dimensionally photographing and analyzing the image data.
  • the processing unit may generate two-dimensional trajectory data individually indicating temporal behavior trajectories of the thyroid cartilage in the vertical direction and the anteroposterior direction based on the vertical motion component and the longitudinal motion component. good. According to this, it is also possible to grasp the trajectory of vertical movement and back-and-forth movement of the thyroid cartilage individually, which can contribute to detailed analysis of the swallowing movement.
  • the processing unit generates a swallowing sound waveform indicating temporal changes in the amplitude of the swallowing sound based on the detection data detected by the swallowing sound detecting unit, and generates the swallowing sound waveform and the trajectory graph.
  • Identification display data may be generated for identifying and displaying the plot of each trajectory data value on the trajectory graph in association with time according to the magnitude of the amplitude of the swallowing sound.
  • laryngeal behavior and swallowing sound changes are integrated into one trajectory graph based on two pieces of physical information (distance information and voice information) obtained from the laryngeal displacement detector and the swallowing sound detector. Therefore, swallowing dynamics, such as the timing of swallowing motions and swallowing sounds, can be understood noninvasively at a glance.
  • the “identification display” means that the plot of each trajectory data value is color-coded according to the amplitude of the swallowing sound, and the size or shape of the plot (mark) of each trajectory data value is displayed.
  • Any display format may be used as long as it is a display format that can distinguish between trajectory data values with different amplitudes of swallowing sounds, such as changing according to the amplitude of the sound.
  • the processing unit includes a predetermined feature point associated with the fitting result, a predetermined feature point associated with the swallowing sound waveform, and supplemental information including the occurrence time of the trajectory data value plotted on the trajectory graph. Supplementary display data for superimposing on the trajectory graph may be generated.
  • the trajectory graph display can be complemented by the supplementary information related to the behavior of the larynx and the change in the swallowing sound, and the amount of information that can be read from the trajectory graph can be increased. Therefore, dysphagia can be evaluated more accurately and quickly.
  • the "feature point" includes the fitting result (for example, the fitted motion waveform), the upper peak value and the lower peak value of the swallowing sound waveform or related waveforms, singular points and inflection points in the waveform, etc. can also be mentioned.
  • the processing unit may generate reference display data for displaying reference information including a predetermined feature amount calculated from the trajectory graph together with the trajectory graph.
  • the "feature amount” includes, for example, the maximum displacement of the thyroid cartilage in the longitudinal direction, the maximum displacement in the vertical direction, the time difference between the maximum values of the motion waveform and the swallowing sound waveform, and the thyroid cartilage. Examples include the ratio of the time difference to the dispersion value of the longitudinal displacement of the cartilage.
  • the present invention also provides a biological information analysis method and a computer program having the features described above. According to such a biological information analysis method and computer program, it is possible to obtain the same effects as those of the biological examination apparatus described above.
  • a vertical motion component associated with vertical motion of the thyroid cartilage An anterior-posterior motion component associated with an anterior-posterior motion of the thyroid cartilage is extracted, and two-dimensional trajectory data representing the behavior trajectory of the thyroid cartilage in the vertical direction and the anteroposterior direction is generated based on the extracted vertical motion component and the anteroposterior motion component.
  • FIG. 1 is a functional block diagram of a biopsy apparatus according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of a flexible holder that holds the laryngeal displacement detector of the biopsy apparatus of FIG. 1
  • FIG. 2 is a functional block diagram of a computer of the biopsy apparatus of FIG. 1
  • FIG. 4 is a flow chart showing the flow of processing of a motion analysis unit of the processing unit of the computer of FIG. 3
  • 4 is a flow chart showing the flow of processing of a speech analysis unit of the processing unit of the computer of FIG. 3
  • 4 is a flow chart showing the flow of processing of an analysis unit of the processing unit of the computer of FIG.
  • FIG. 3 is a distance waveform diagram based on typical distance information detected by the laryngeal displacement detection unit of the biopsy apparatus of FIG. 1;
  • FIG. (a) is distance information based on detection data detected by the laryngeal displacement detection unit of the biopsy apparatus of FIG. 1 and a fitted motion waveform (fitting waveform) obtained from the distance information; , component waveforms individually showing temporal behavior trajectories of the thyroid cartilage in the vertical direction and the anteroposterior direction.
  • FIG. 2 is a swallowing sound waveform diagram including envelopes based on typical voice information detected by the swallowing sound detection unit of the biopsy apparatus of FIG. 1; 2 shows an example of a trajectory graph displayed based on two-dimensional trajectory data obtained by the processing unit of the biopsy apparatus of FIG.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing an example of an identification display that enables it to be determined on the trajectory graph in which of the outbound route and the inbound route of the thyroid cartilage movement path the peak of the swallowing sound is present.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing another example of identification display that enables it to be determined on the trajectory graph whether the peak of the swallowing sound is on the outward path or the return path of the thyroid cartilage movement path.
  • FIG. 10 is a diagram showing another example of reference information indicating the direction of movement of the trajectory graph;
  • FIG. 1 is a functional block diagram showing a configuration example of a biopsy apparatus 100 according to one embodiment of the present invention.
  • the biopsy apparatus 100 measures the larynx (thyroid gland) of a subject 101 caused by vertical and anteroposterior behavior of the thyroid cartilage (commonly known as the larynx) when the subject (subject) 101 swallows.
  • a transmitter coil 102 and a receiver coil 103 as a laryngeal displacement detector that detects a change in the distance between two positions in the body part surrounding the cartilage), and a swallowing sound that detects the swallowing sound when the subject 101 swallows. and a microphone 106 as a detector, these coils 102, 103 and microphone 106 are held by a flexible holder 113 which will be described later with reference to FIG.
  • the transmitting coil 102 and the receiving coil 103 are arranged facing each other so as to sandwich the thyroid cartilage from both sides, the transmitting coil 102 is connected to the transmitter 104 and the receiving coil 103 is connected to the receiver 105 . Further, the microphone 106 is placed near the thyroid cartilage of the subject 101 and is electrically connected to a detection circuit 107 for detecting swallowing sounds captured by the microphone 106 during swallowing, and power is supplied from the detection circuit 107. etc., and operate.
  • the microphone 106 is preferably a microphone using, for example, a piezo element (piezoelectric element) so as not to pick up ambient sounds other than swallowing sounds as much as possible, but may be a condenser type microphone or the like.
  • the biopsy apparatus 100 further has a control device 108 , a computer 109 , a display device 110 , an external storage device 111 and an input device 112 .
  • the control device 108 controls the operations of the transmitter 104, the receiver 105, the detection circuit 107, the computer 109, and the external storage device 111, and controls power supply, signal transmission/reception timing, and the like.
  • the computer 109 is an information processing device including a CPU, a memory, an internal storage device, etc., and performs various arithmetic processing. The control and calculations performed by the computer 109 are realized by the CPU executing a predetermined program.
  • part of the calculation can also be realized by hardware such as ASIC (Application Specific Integrated Circuit) and FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • a display device 110 , an external storage device 111 and an input device 112 are electrically connected to the computer 109 .
  • the display device 110 is an interface that displays the measured waveform, analysis information by the computer 109, and the like.
  • the display device 110 may be, for example, a liquid crystal display, an EL display, a plasma display, a CRT display, a projector, or the like, but is not limited to these.
  • the display device 110 may be mounted on a tablet terminal, a head-mounted display, a wearable device, or the like. Note that a specific function may be notified by an LED, sound, or the like.
  • the external storage device 111 holds data used for various arithmetic processing executed by the computer 109, data obtained by the arithmetic processing, conditions and parameters input via the input device 112, and the like. do.
  • the input device 112 is an interface for the operator to input conditions and the like necessary for the measurement and arithmetic processing performed in this embodiment.
  • a high-frequency magnetic field is emitted from the transmission coil 102 by transmitting a high-frequency signal generated by the transmitter 104 to the transmission coil 102 , and a signal received by the reception coil 103 is transmitted to the receiver 105 .
  • the signal received by the receiver 105 is sent to the computer 109 as an output voltage measurement value of the inter-coil voltage.
  • the swallowing sound captured by the microphone 106 is detected by the detection circuit 107 and converted into a voltage signal, which is input from the detection circuit 107 to the computer 109 as an output voltage measurement value.
  • FIG. 2 shows a flexible holder 113 that holds the transmitting and receiving coils 102, 103 and the microphone 106.
  • the flexible holder 113 is made of any flexible material such as various resins, and is attached to the neck of the subject 101 using its open end as shown in the drawing. and a pair of arc-shaped sensor holding members 203a and 203b positioned along substantially the same arc inside the neck-mounted member 202.
  • the neck-mounted member 202 One ends of a pair of sensor holding members 203a and 203b are integrally connected to each other so as to hold one ends of the pair of sensor holding members 203a and 203b on the inside thereof, and the other ends of the sensor holding members 203a and 203b are opened and positioned near the larynx of the subject 101. It seems to be Sensor portions 204a and 204b are arranged at the other ends of the pair of sensor holding members 203a and 203b, respectively.
  • the movement of swallowing (movement of the thyroid cartilage, etc.) can be followed independently of the neck mounting member 202.
  • the transmission coil 102 is fixedly arranged inside one of the sensor portions 204a and 204b, and the reception coil 103 is fixedly arranged inside the other of the sensor portions 204a and 204b. It is arranged in Particularly in this embodiment, the transmitting coil 102 and the receiving coil 103 are attached to the sensor sections 204a and 204b so as to be arranged in directions that are likely to face each other (close to the vertical direction of the neck surface of the subject 101). , thereby enabling detection with a high signal-to-noise (SN) ratio.
  • SN signal-to-noise
  • the microphone 106 and the transmission coil 102 or the reception coil 103 can be arranged at substantially orthogonal positions, and magnetic field noise generated from the microphone 106 can be reduced from entering the transmission and/or reception coils 102 and 103. can be done.
  • the corresponding positions of the transmitting coil 102 and the receiving coil 103 and the positions orthogonal to the microphones are not limited to the described arrangement, and may be any position that can realize detection with a sufficiently high SN ratio.
  • a pressing portion 205 a to be applied to the neck of the subject 101 is provided at the opposing end portion (the portion of the neck attachment member 202 positioned on the back side of the neck of the subject 101 ) forming the open end of the neck attachment member 202 .
  • 205b are formed in a shape suitable for pressing, such as cylindrical or spherical.
  • the size of the neck of the subject 101 is determined by four pressing points, which are the two pressing portions 205a and 205b and the two sensor portions 204a and 204b provided at the other ends of the sensor holding members 203a and 203b. This allows the flexible retainer 113 to be easily worn around the neck without any need.
  • Electrical wires 201a and 201b extending from transmitting/receiving coils 102 and 103 incorporated in sensor units 204a and 204b and microphone 106 are electrically connected to transmitter 104, receiver 105 and detection circuit 107 shown in FIG. connected
  • the calculator 109 includes a swallowing measurement unit 410 , a processing unit 420 and a display unit 430 .
  • the swallowing measurement unit 410 uses the transmission coil 102, the reception coil 103, the transmitter 104, the receiver 105, the microphone 106, the detection circuit 107, and the control device 108 described with reference to FIG. Sounds are measured (larynx displacement detection step and swallowing sound detection step).
  • the processing unit 420 includes a motion analysis unit 421 that analyzes distance information, a voice analysis unit 422 that analyzes swallowing sounds that are voice information, and an analysis unit 423 that analyzes a combination of the distance information and the swallowing sounds.
  • processing unit 420 applies a model function (in the present embodiment, equation (1) described later) that models the swallowing motion to detection data detected by transmission/reception coils 102 and 103.
  • a model function in the present embodiment, equation (1) described later
  • processing unit 420 applies a model function (in the present embodiment, equation (1) described later) that models the swallowing motion to detection data detected by transmission/reception coils 102 and 103.
  • the distance information in the present embodiment, data indicating changes over time in the distance between the coils 102 and 103 arranged so as to sandwich the thyroid cartilage of the subject 101 (distance waveform shown in FIG. 7 to be described later) 701)
  • a dynamic component in this embodiment, a back-and-forth dynamic component waveform 1105 shown in (b) of FIG. 8 to be described later or data values forming it
  • a vertical movement component associated with vertical movement of the thyroid cartilage this embodiment
  • the vertical motion component waveform 1106 shown in (b) of FIG. 8 described later or data values forming it is extracted, and the vertical motion component of the thyroid cartilage is extracted based on the extracted vertical motion component and the longitudinal motion component.
  • Two-dimensional trajectory data in this embodiment, data for forming a trajectory graph 901 shown in FIG.
  • the processing unit 420 based on the detection data from the microphone 106, moves the thyroid cartilage along with the elevation and forward movement of the thyroid cartilage in a series of vertical and forward movement paths of the thyroid cartilage during swallowing.
  • Identification display data that allows it to be determined on the trajectory graph 901 which of the forward route of the route and the return route of the movement route accompanying the backward movement and descent of the thyroid cartilage (see FIG. 7) has the peak of the swallowing sound.
  • the processing unit 420 generates a swallowing sound waveform (in the present embodiment, a swallowing sound waveform 801 shown in FIG. 9 to be described later) that indicates a temporal change in the amplitude of the swallowing sound based on detection data detected by the microphone 106. ), and identification display data for identifying and displaying the plot of each trajectory data value on the trajectory graph according to the magnitude of the amplitude of the swallowing sound by temporally associating the swallowing sound waveform with the trajectory graph. Generate. Further, the display unit 430 displays information (data) measured and processed by the swallowing measurement unit 410 and the processing unit 420 on the display device 110 (display step). Note that the swallowing measurement unit 410, the processing unit 420, and the display unit 430 operate independently.
  • a swallowing sound waveform in the present embodiment, a swallowing sound waveform 801 shown in FIG. 9 to be described later
  • identification display data for identifying and displaying the plot of each trajectory data value on the trajectory graph according to the magnitude of the amplitude of
  • FIG. 4 shows the processing flow of the motion analysis unit 421 of the processing unit 420 of the computer 109 of FIG.
  • the motion analysis unit 421 processes the detection data detected by the transmission/reception coils 102 and 103.
  • step S501 the data measured by the swallowing measurement unit 410 is smoothed. make a change.
  • smoothing is performed using piecewise polynomial approximation using a Savitzky-Golay filter.
  • the smoothing in this case is performed by setting the number of windows and the degree of the polynomial to, for example, 5, 51, etc., respectively.
  • the smoothing method may be, for example, a simple moving average, and the present invention is not limited by these.
  • FIG. 7 shows a typical example of a range waveform 701 showing the variation over time of the distance between transmit and receive coils 102, 103, which is the distance between two locations in the larynx of subject 101.
  • a measured distance waveform 701 is the result of one-dimensional (horizontal) observation of the two-dimensional movement (forward and backward movement and vertical movement) of the thyroid cartilage (hyoid bone). Therefore, it exhibits a W-shaped waveform as shown in the figure.
  • the thyroid cartilage is lifted as the bolus is sent into the esophagus from the start point (time T 0 ) 702 at which the subject 101 starts swallowing the bolus in the mouth, thereby enabling transmission and reception.
  • start point time T 0
  • distance waveform 701 reaches a first valley (first lower peak value; time T 1 ) 703 .
  • the epiglottis of the subject 101 moves downward to block the passage from the nasal cavity to the respiratory tract.
  • the thyroid cartilage moves forward (in the direction in which the subject's face is facing) to open the esophagus, thereby increasing the distance between the transmitting and receiving coils 102, 103 to D1.
  • the distance waveform 701 transitions from a first trough 703 to a crest (upper peak value; time T 2 ) 704 .
  • the movement path (the section of the distance waveform 701 from time T 0 to time T 2 ) accompanying the elevation and forward movement of the thyroid cartilage when the food bolus (or saliva) or the like is swallowed and passes through the esophagus is Forms the forward path of the swallowing motion path.
  • the thyroid cartilage moves backward as the epiglottis moves upward, thereby increasing the distance between the transmitting and receiving coils 102 and 103. narrows from D 2 to D 3 and the distance waveform 701 transitions from peak 704 to a second valley (second lower peak value; time T 3 ) 705 .
  • the thyroid cartilage then descends so that the epiglottis and thyroid cartilage return to their original positions, thereby increasing the distance between the transmit and receive coils 102, 103 from D3 to D4 and causing the distance waveform 701 to enter a second trough.
  • Portion 705 transitions to an end point (time T 4 ) 706 .
  • the thyroid cartilage travels backward and descends along the movement path (distance waveform 701 from time T 2 to time T 4 ). section) forms the return path of the swallowing motion path.
  • a downwardly convex waveform component is generated in a series of behaviors of the thyroid cartilage from ascending to descending.
  • an upwardly convex waveform component is generated. Therefore, in the present embodiment, the W-shaped distance waveform 701 is replaced with a gentle downwardly convex waveform 710 ((b )) and a sharp upwardly convex waveform 720 (corresponding to the front-back motion component waveform 1105 shown in FIG. 8B). It is modeled as shown in Equation (1).
  • t is the time
  • y(t) is the measured distance waveform
  • rAP(t) is the component in the front-back direction
  • rHF(t) is the component in the vertical direction
  • d(t) is body movement, etc. Offset from the initial value caused by individual differences such as thickness), and e indicates measurement noise.
  • the longitudinal and vertical components rAP and rHF are modeled by a normal distribution, and the trend component d(t) is modeled by a linear equation, but these models may be autoregressive models or nonlinear models. , the present invention is not limited by these.
  • each component is obtained by parameter fitting using a mathematical optimization technique.
  • parameter fitting is performed using the nonlinear least-squares method, but the present invention is not limited to this.
  • a constraint may be set such that the variance value of rAP is smaller than the variance value of rHF.
  • a waveform 1102 formed by data values represented by dots corresponds to the distance waveform 701 shown in FIG. It is an operating waveform (fitting waveform) that has been fitted.
  • the horizontal axis is time and the vertical axis is normalized amplitude based on the distance between the coils shown in FIG.
  • parameters are extracted from the fitted model function in step S503.
  • the behaviors of the thyroid cartilage in the front-back direction and the up-down direction are modeled by independent normal distributions. to extract
  • the "amplitude” corresponds to the magnitude of the movement of the thyroid cartilage
  • the "average value” corresponds to the time when the movement occurred
  • the "variance” corresponds to the duration of the movement.
  • FIG. 8(b) shows only the longitudinal and vertical components of the thyroid cartilage that are individually extracted from the operating waveform (fitted waveform) 1103 shown in FIG. 8(a). waveforms (upwardly convex front-back motion component waveform 1105 and downwardly convex vertical motion component waveform 1106) are shown.
  • the processing unit 420 including the motion analysis unit 421 of the biopsy apparatus 100 of the present embodiment performs temporal movement of the thyroid cartilage in the vertical direction and the anteroposterior direction based on the vertical motion component and the longitudinal motion component. It is possible to generate two-dimensional trajectory data that individually indicates behavior trajectories.
  • step S504 the feature points of the W-shaped waveform, that is, the distance waveform 701 in FIG. , etc. 702 to 706 (data values of D 0 to D 4 and T 0 to T 4 ) are extracted.
  • the measurement signal is modeled and separated into components as shown in Equation (1), feature points are easily extracted without considering noise and trend components. More specifically, as an example, T 2 is obtained as the average value of rAP, T 1 and T 3 are obtained as the time showing the minimum value before and after T 2 , and T 0 and T 4 are each obtained as the rHF Obtained as the time at the point advanced by the variance value in the negative and positive directions from the mean value.
  • D 0 to D 4 are obtained as values corresponding to times T 0 to T 4 , respectively.
  • step S505 the waveforms, parameters, characteristic points, etc. calculated in steps S501 to S504 are stored in the internal storage device and/or external storage device of computer 109. 111. Note that each of steps S501 to S505 described above may be performed while the swallowing motion and swallowing sound are being measured by the swallowing measurement unit 410, or may be performed multiple times.
  • FIG. 5 shows the processing flow of the speech analysis unit 422 of the processing unit 420 of the computer 109 of FIG.
  • step S601 rectification processing is performed on audio information (generally, an audio signal including both positive and negative values) measured through the swallowing measurement unit 410 from the microphone 106 .
  • the rectification process means a process of taking an absolute value and converting a negative value into a positive value.
  • FIG. 9 shows a swallowing sound waveform 801 obtained by rectifying typical voice information.
  • step S602 the rectified signal obtained in step S601 is logarithmically transformed. This processing can reduce the influence of spike-like signals mixed in the swallowing sound.
  • step S603 the logarithmically transformed signal obtained in step S602 is smoothed.
  • smoothing processing is performed using a moving average, and the window width of the moving average is set to 400 points.
  • the present invention is not limited by this smoothing method.
  • step S604 exponential transformation is applied to the smoothed signal obtained in step S603.
  • a waveform representing the envelope of the initially measured audio information In FIG. 9, an envelope curve 802 obtained from such typical speech information (swallowing sound waveform 801) is indicated by a dashed line.
  • step S605 the envelope signal obtained in step S604 is resampled. Specifically, in this embodiment, since the sampling frequencies of the voice information and the distance information in the swallowing measurement unit 410 shown in FIG. 3 are 4000 Hz and 100 Hz, respectively, the envelope signal is resampled to 1/40 is used to match the sampling frequency of the distance information.
  • step S606 the maximum value as a feature point is obtained for the resampled envelope signal obtained in step S605. This is because the section where the maximum amplitude is obtained in the swallowing sound signal (the swallowing sound waveform 801) is considered to indicate the flow of the ingested material, and is an important feature of the swallowing sound. Therefore, in this step S606, the time S2 corresponding to the peak point 803 showing the maximum amplitude with respect to the envelope curve 802 shown in FIG. 9 is obtained.
  • step S607 the swallowing sound section of the resampled envelope signal obtained in step S605 is obtained. That is, in order to obtain the time interval Ts in which the swallowing sound occurs in the envelope 802, the times at both ends of the swallowing sound interval are acquired. Specifically, an amplitude threshold value 804 indicated by a dashed line in FIG. 9 is set, and a point crossing the threshold value 804 downward from the maximum value (peak point 803) obtained in step S606, that is, temporally The times S 1 and S 3 corresponding to the early start point 805 and the temporally late end point 806 are obtained as feature points. Also, in the present embodiment, a value obtained by adding the normalized median absolute deviation to the median is used as the threshold value 804 . The method of setting the threshold 804 does not limit the present invention, and a value obtained by adding a standard deviation to the average value may be used.
  • step S608 the waveforms and feature values calculated in steps S601 to S607 are stored in the internal storage device of the computer 109 and/or the external storage device 111. Note that each of steps S601 to S608 described above may be performed while the swallowing motion and swallowing sound are being measured by the swallowing measurement unit 410, or may be performed multiple times.
  • FIG. 6 shows the processing flow of the analysis unit 423 of the processing unit 420 of the computer 109 of FIG.
  • step S1001 the maximum longitudinal and vertical maximum displacements (maximum values) of the motion waveform 1103 (or the distance waveform 701), which is the fitted waveform, are calculated.
  • step S1002 the signed curvature of each point on the trajectory graph 901 described in detail below with reference to FIG. 10 is calculated.
  • the time progress direction (transition direction) of the trajectory graph 901 is extracted, and the signed curvature at each point on the trajectory graph 901 is calculated in order to extract the point with the maximum displacement.
  • step S1003 the sign is obtained for the signed curvature obtained in step S1002. Specifically, in the trajectory graph 901, the amplitude of curvature is maximized at the point farthest from the coordinate origin. get.
  • the factor that determines whether the sign is positive or negative is the magnitude of the average value of the longitudinal component rAP and the vertical component rHF. It shows that the average value of the displacement in the direction (that is, the time to take the maximum value) is faster than that in the vertical direction.
  • step S1004 the geometric distance from the coordinate origin of the point at which the maximum signed curvature calculated in step S1002 is obtained is obtained.
  • the trajectory graph 901 since the amplitude of curvature is maximum at the point farthest from the origin of coordinates, the geometric distance from the point where the amplitude of curvature is maximum to the origin of coordinates is calculated. This makes it possible to acquire the time point (time) at which the displacement is the largest when the vertical and longitudinal components of the thyroid cartilage are synthesized.
  • step S1005 the time difference between the time at which the maximum value of the voice information is obtained and the time at which the maximum value of the distance information is obtained in the front-rear direction is acquired. This is especially because the time difference between the maximum values is an important parameter in characterizing the swallowing state.
  • this parameter can not only be grasped visually, but can also be displayed as a quantitative value.
  • the present invention is not limited by these quantitative values, and for example, the area of the region surrounded by the trajectory graph may be displayed as a feature amount.
  • step S1006 the ratio (variance value time difference).
  • the swallowing sound is generated at the timing when the thyroid cartilage advances, so in this step S1006, the ratio is calculated in order to display how much the swallowing sound generation deviation is within the individual.
  • step S1007 the waveforms and feature values calculated in steps S1001 to S1006 are saved in the internal storage device of the computer 109 and/or the external storage device 111. Note that each of the above steps S1001 to S1007 may be performed while the swallowing motion and swallowing sound are being measured by the swallowing measurement unit 410, or may be performed multiple times.
  • the processing unit 420 further, as an example, further calculates the behavior of the thyroid cartilage in the vertical direction and the longitudinal direction based on the vertical motion component and the longitudinal motion component described above, simultaneously into one trajectory graph 901 ( (see FIG. 10) to generate two-dimensional locus data.
  • such two-dimensional trajectory data is generated as coordinate data shown on a coordinate plane defined by two mutually orthogonal coordinate axes, one coordinate axis corresponding to the trajectory data value of the longitudinal motion component. , the other coordinate axis corresponds to the trajectory data value of the vertical motion component. More specifically, as shown in FIG. 10, based on the signal fitting (step S502 in FIG. 4) and component extraction (step S503 in FIG.
  • the vertical motion component waveform 1106 The above data values and the data values on the longitudinal motion component waveform 1105 are associated with each other in time, and the horizontal axis is the trajectory data value of the longitudinal motion component (displacement in the longitudinal direction; normalized amplitude in the longitudinal motion component waveform 1105). ), and the vertical axis is plotted as the trajectory data value of the vertical motion component (vertical displacement; normalized amplitude in the vertical motion component waveform 1106). That is, the horizontal axis indicates the values of the normal distribution having the parameters extracted for rAP of formula (1) in step S503 in FIG. values of a normal distribution with parameters
  • Such a trajectory graph 901 shown in FIG. 10 is displayed on the display device 110 via the display unit 430 of the computer 109.
  • the plot of each trajectory data value on the trajectory graph 901 is Identification display, for example, color-coded display is performed according to the magnitude of the amplitude of the swallowing sound.
  • the processing unit 420 generates a swallowing sound waveform 801 and an envelope curve 802 representing temporal changes in the amplitude of the swallowing sound based on detection data detected through the microphone 106 as described above.
  • the plot of each trajectory data value on the trajectory graph 901 is identified and displayed according to the magnitude of the amplitude of the swallowing sound.
  • identification display data in relation to such identification display, in this embodiment, which is color-coded display, a band graph for reference showing how the color changes according to the magnitude of the swallowing sound amplitude value along the vertical axis 909 is displayed adjacent to the trajectory graph 901 .
  • the larger the amplitude of the swallowing sound the more yellowish it becomes, and the smaller the amplitude, the more blueish it becomes.
  • an identification display form may be used in which the color is divided into black and white, and the color becomes lighter as the amplitude increases.
  • the identification display form is not limited to this, and trajectory data values with different amplitudes of swallowing sounds, such as changing the size or shape of the plot (mark) of each trajectory data value according to the magnitude of the amplitude of the swallowing sound.
  • Any display mode may be used as long as it is a display mode that allows identification of each other.
  • Such a trajectory graph 901 in which the trajectory data values are plotted as a time-series scatter diagram, displays the behavior of the thyroid cartilage in the front-rear direction and in the vertical direction by separating them on two coordinate axes. Make behavior visible at a glance.
  • the features of the swallowing sound information in one trajectory graph 901 in this way it is possible to visually confirm at what point in time the swallowing sound occurred with respect to the behavior of the thyroid cartilage. Not only can the swallowing motion be grasped quantitatively, but also the deviation of the swallowing sound from the normal state and the power of the swallowing sound can be grasped at a glance.
  • the processing unit 420 generates a predetermined feature point associated with the action waveform 1103 (or the distance waveform 701), a predetermined feature point associated with the swallowing sound waveform 801 (or the envelope curve 802). , and supplementary display data for superimposing and displaying on the trajectory graph 901 supplementary information including the time of occurrence of the trajectory data values plotted on the trajectory graph 901, and the transition direction of the trajectory graph 901 and the trajectory graph.
  • Reference display data for displaying reference information including a predetermined feature amount calculated from 901 together with the trajectory graph 901 is also generated.
  • 902 in FIG. 10 is an arrow indicating in which direction the trajectory has progressed (transition direction of trajectory graph 901).
  • the trajectory starts from the coordinate origin, rotates counterclockwise, and then returns to the coordinate origin.
  • 903 denotes a feature amount calculated from the trajectory graph 901 .
  • the maximum amount of displacement in the longitudinal direction, the maximum amount of displacement in the vertical direction, the maximum amount of displacement from the coordinate origin indicated by 904, and the time difference ( ⁇ ) between the maximum values of the motion information and the voice information. , and the ratio of the time difference based on the variance of the displacement in the longitudinal direction (rAP), respectively, are shown as feature amounts.
  • the feature amount instead of displaying above the coordinate area of the trajectory graph 901 as in the present embodiment, it may be displayed within the coordinate area of the trajectory graph 901, or may be displayed in another coordinate area. It may be displayed in a drawing, and the present invention is not limited by these.
  • 905 indicates the generation time of the trajectory data value plotted on the trajectory graph 901, which is displayed every 0.1 seconds in the present embodiment.
  • 906 indicates a peak point in the distance information obtained in step S504 of FIG.
  • 907 indicates the point in time when the maximum value of the voice information obtained in step S606 of FIG. 5 is obtained. With this display, it is possible to confirm the time lag between the point of time when the maximum value of the voice information is indicated and the point of time when the distance information indicates the maximum value of the component in the front-rear direction of the thyroid cartilage.
  • Reference numeral 908 denotes the start point 805 and end point 806 (see FIG. 9) of the audio information obtained in step S607 of FIG.
  • the outbound movement path (Fig. 7), and the return path of the movement path accompanying the posterior movement and descent of the thyroid cartilage (see FIG. 7), where the peak 907 of the swallowing sound is located can be determined on the trajectory graph 901. .
  • the processing unit (processing step) 420 based on the detection data from the microphone 106, controls the elevation and forward movement of the thyroid cartilage in a series of vertical and forward movement paths of the thyroid cartilage during swallowing.
  • identification display data that allows it to be determined on the trajectory graph 901 in which of the outward path of the movement path accompanied by the thyroid cartilage and the return path of the movement path accompanied by the backward movement and descent of the thyroid cartilage is the peak of the swallowing sound.
  • a signal requesting such a display form is input via the input device 112 as shown in FIG.
  • an upward arrow indicating the outward route (for example, a downward arrow in the case of the return route) is displayed.
  • a descriptive display of arrows relating to the forward/backward route is displayed adjacent to the trajectory graph 901 .
  • an icon or the like may be used instead of the arrow.
  • the display form of FIG. 12 may be automatically displayed instead of the display form of FIG. 10 without requiring input from the outside.
  • text indicating the forward/backward route may be displayed adjacent to the position of the peak 907 of the swallowing sound.
  • the trajectory graph 901 is color-coded for the outward and return paths (the plot of the trajectory data value of the distance information is color-coded and displayed), and it is possible to see at a glance whether the peak 907 of the swallowing sound is on the outward path or the return path of the thyroid cartilage movement path.
  • the color-coded identification display of the swallowing sound amplitude and the color-coded identification display of the forward/return trip are switched by a switching signal input via the input device 112 so as not to overlap the color-coded display of the amplitude of the swallowing sound.
  • a switching signal input via the input device 112 so as not to overlap the color-coded display of the amplitude of the swallowing sound.
  • a reference display (not shown) that clearly indicates the color-coded state of the forward/return trip is changed to the trajectory graph. It may be displayed adjacent to 901 .
  • a three-dimensional trajectory graph 901A as shown in FIG. good.
  • the processing unit (processing step) 420 performs fitting of a model function that models the swallowing motion to distance information based on the detection data detected by the transmission/reception coils 102 and 103.
  • the vertical motion component associated with movement and the longitudinal motion component associated with the longitudinal motion of the thyroid cartilage are extracted, and based on these extracted vertical motion component and longitudinal motion component, the behavior of the thyroid cartilage in the vertical direction and the longitudinal direction is simultaneously measured.
  • Three-dimensional trajectory data shown in one trajectory graph is generated.
  • the three-dimensional trajectory data is generated as coordinate data shown in a coordinate space defined by three mutually orthogonal coordinate axes, as shown in FIG. It includes a coordinate axis X corresponding to the data value, a coordinate axis Y corresponding to the trajectory data value of the vertical motion component, and a coordinate axis Z indicating the swallowing motion time.
  • auxiliary and reference displays such as feature points are omitted. It goes without saying that a label for is added in FIG.
  • trajectory data By presenting trajectory data based on distance information in such a three-dimensional manner, it is possible to avoid overlapping data value dots, and for example, it is possible to clearly grasp the swallowing sound peak position in the thyroid cartilage movement path during swallowing at a glance.
  • a text or symbol indicating the forward/backward path may be displayed adjacent to the position of the peak 907 of the swallowing sound, or the trajectory graph 901 may be displayed in different colors depending on the outward path and the return path.
  • the swallowing sound peak position in the thyroid cartilage migration path during swallowing can be grasped at a glance, and the swallowing behavior can be accurately evaluated. It becomes possible.
  • such an identification display is particularly effective when the peak position of the swallowing sound is near the origin of the coordinates in the two-dimensional trajectory graph display (the display format shown in FIG. 10) based on the two-dimensional trajectory data. This is useful when dots of the data plotted on the graph overlap each other and it is difficult to grasp in which of the outward and return paths of the thyroid cartilage migration path the swallowing sound peaks.
  • FIG. 14 shows a two-dimensional trajectory graph 901 similar to FIG. 10, but instead of the arrow 902 in FIG. is displayed. Therefore, the processing unit 420 generates reference display data for displaying such icons 980 together with the trajectory graph 901 .
  • S1 and S3 on the trajectory graph 901 are times corresponding to the early start point 805 and the late end point 806 of the swallowing sound (see FIG. 9), and P2 is the swallowing sound.
  • N1 corresponds to the starting point of upward movement of the thyroid cartilage during swallowing
  • N2 corresponds to the starting point of backward movement of the thyroid cartilage during swallowing.
  • the trajectory graph 901 may be displayed as a moving image (animation) so that the transition direction can be grasped.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
  • the present invention can also be applied to inspect the behavior of body parts other than the thyroid cartilage. That is, the present invention can be applied to analysis of movements of parts other than the larynx as long as the parts of the body move in the same manner as the thyroid cartilage (hyoid bone).
  • the present invention can be applied to any body part that can be analyzed by decomposing changes in distance detected by a predetermined detection unit into movements in a plurality of directions.
  • the biopsy apparatus of the present invention may not have the laryngeal displacement detector, the swallowing sound detector, and the display device as described above. That is, the biopsy apparatus, the laryngeal displacement detector, the swallowing sound detector, and the display device may be configured as separate systems. Further, the processing by each device described in this embodiment may be realized by any of software, hardware, and a combination of software and hardware. Programs that make up software are, for example, non-transitory computer-readable media (non-transitory computer readable medium). Also, the program may be distributed via a network, for example. Furthermore, within the scope of the present invention, some or all of the above-described embodiments may be combined, or part of the configuration may be omitted from one of the above-described embodiments. good too.
  • biopsy device 100 transmission coil (larynx displacement detector) 103 reception coil (larynx displacement detector) 106 microphone (swallowing sound detection unit) 420 processing unit 430 display unit

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Abstract

非侵襲的な検査により、嚥下音を伴う甲状軟骨および舌骨の上下前後の２次元的な動作を嚥下ダイナミクスとして一見して把握できるようにするとともに、嚥下時の甲状軟骨移動経路における嚥下音ピーク位置を一見して把握できるようにする生体検査装置、生体情報分析方法およびコンピュータプログラムを提供する。　本発明の生体検査装置の一実施形態では、嚥下動作をモデル化したモデル関数を喉頭部変位検出部によって検出される検出データに基づく距離情報にフィッティングさせたフィッティング結果から、甲状軟骨の上下動に伴う上下動成分と、甲状軟骨の前後動に伴う前後動成分とを抽出し、これらの抽出された上下動成分および前後動成分に基づいて甲状軟骨の上下方向および前後方向の挙動軌跡を示す２次元軌跡データ９０１を生成する。また、嚥下音検出部からの検出データに基づいて、嚥下時の甲状軟骨の上下前後の一連の移動経路において、甲状軟骨の挙上および前方への移動を伴う移動経路の往路、および、甲状軟骨の後方への移動および下降を伴う移動経路の復路のいずれに嚥下音のピークがあるのかを軌跡グラフ９０１上で判別できるようにする識別表示データを生成する。

Description

生体検査装置、生体情報分析方法およびコンピュータプログラム
　本発明は、生体の嚥下に関する検査を行なうための生体検査装置、生体の嚥下に伴って得られる生体情報を分析するための生体情報分析方法およびコンピュータプログラムに関する。
　主要な死因の一つに肺炎が知られている。その中で、嚥下（swallow）にまつわる障害を意味する嚥下障害（dysphagia）が誘発する誤嚥性肺炎は約６割以上を占めている。
　嚥下障害の主要な原因疾患は脳卒中であり、その急性期患者の８割に嚥下障害が生じることが知られている。また、脳卒中のような明らかな原因疾患がなくても、年齢が上がるにつれて嚥下障害を有する割合が増加することも知られており、高齢化社会においては、今後、誤嚥性肺炎および嚥下障害の増加が見込まれている。
　そのため、従来から、嚥下障害を診断するための様々な検査が試みられている。例えば、嚥下障害を正確に評価および把握できる方法として、嚥下造影(Videofluoroscopic Examination of Swallowing: ＶＦ)が一般的に知られている。このＶＦでは、硫酸バリウムなどの造影剤を含む食塊とＸ線透視装置とを用いて、被検者における嚥下時の食塊の動きや舌骨・喉頭部の挙動がモニターされる。この場合、嚥下運動は、一連の早い動きであるため、一般にビデオに記録して評価される。しかしながら、ＶＦは、潜在的に誤嚥や窒息などの可能性を有する検査であることから注意を要し、また、大型装置であるＸ線透視装置が必要であることから、被曝や時間的制約、高コストなどの問題も伴う。また、内視鏡を用いて嚥下障害を評価する嚥下内視鏡検査（Videoendoscopic Examination of Swallowing：ＶＥ）も知られているが、ＶＦと同様の問題を伴う。このように、ＶＦやＶＥのような臨床検査は、直接的に喉の動きを見るため、正確に診断できるが、侵襲性が高く、また、所定の設備が必要であるため、どこでも簡単に行なえるというものでもない。
　これに対し、嚥下障害の簡便な検査法として、触診（反復唾液嚥下テスト（ＲＳＳＴ：Repetitive Saliva Swallowing Test））、聴診（頸部聴診法）、観察（水飲みテストおよびフードテスト）、または、質問紙による主観評価などのスクリーニング検査も知られているが、日常的な検査として実施できるものの、定量的な評価が難しく、再現性および客観性に乏しいという問題がある。
　以上のような問題に鑑み、近年、嚥下状態を共有・記録する方法が幾つか提案されている。例えば、特許文献１は、頸部にマイクを装着し、聴診に相当する音声データをデジタルデータとして保存して、波形解析により嚥下を検出する装置を開示している。また、特許文献２は、マイクに加えて頸部に磁気コイルを装着し、音声データに加えて触診に相当する嚥下時の甲状軟骨の動作データをデジタルデータとして保存して、生体の嚥下に関する検査およびその結果表示を行なう生体検査装置を開示している。この生体検査装置は、具体的には、甲状軟骨を挟み込むように送信コイルと受信コイルとを配設することにより、嚥下時の舌骨の上下前後の２次元的な挙動に付随して生じる甲状軟骨の左右方向の変位をコイル間の距離情報として計測している。このような検査形態によれば、触診および聴診に相当する距離情報および音声情報を同時に非侵襲的に取得でき、それにより、距離情報と音声情報とを組み合わせて嚥下動作を評価することができる。
特開２０１３―０１７６９４号公報 特開２００９―２１３５９２号公報
　ところで、前述した特許文献２の生体検査装置では、距離情報と音声情報とが時系列波形として独立に表示される。そのため、嚥下状態の評価は、時間的な変化のタイミングなどに関し、２種類の波形、すなわち、距離情報に基づく動作波形と音声情報に基づく嚥下音波形とを見比べることによりなされることになる。しかしながら、特に距離情報に基づく動作波形は、舌骨の挙動を甲状軟骨を介して間接的に観測した結果であり、甲状軟骨の上下前後の２次元的な動作を間接的に左右の１次元の動作に見立てていることから、実際の嚥下ダイナミクスを時系列波形から解釈することが困難であり、検査者は、音声情報および距離情報の波形変化から総合的な嚥下挙動を推測するしかない。このような２つの独立した時系列波形の表示に基づく評価形態では、嚥下挙動が具体的にどのようになっているかを一見して把握しづらいという問題がある。
　また、嚥下挙動を正確に把握する際には、嚥下時の甲状軟骨の上下前後の一連の移動経路において、甲状軟骨の挙上および前方への移動を伴う移動経路の往路（食塊や唾液などが飲み込まれて食道を通過する際の経路）、および、甲状軟骨の後方への移動および下降を伴う移動経路の復路（食塊や唾液などが食道を完全に通過して胃へと送り込まれる際の経路）のいずれに嚥下音のピークがあるのかを見極めることも重要であるが、特許文献１および特許文献２を含む従来技術においては、そのような嚥下時の甲状軟骨移動経路における嚥下音ピーク位置を容易に把握することができない。
　本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、非侵襲的な検査により、嚥下音を伴う甲状軟骨および舌骨の上下前後の２次元的な動作を嚥下ダイナミクスとして一見して把握できるようにするとともに、嚥下時の甲状軟骨移動経路における嚥下音ピーク位置を一見して把握できるようにする生体検査装置、生体情報分析方法およびコンピュータプログラムを提供することを目的とする。
　前記課題を解決するために、本発明の生体検査装置は、嚥下時の甲状軟骨の上下方向および前後方向の挙動に伴って生じる被検者の喉頭部における２つの位置間の距離の変化を検出する喉頭部変位検出部と、被検者が嚥下する際の嚥下音を検出する嚥下音検出部と、前記喉頭部変位検出部および前記嚥下音検出部からの検出データを処理する処理部とを備え、前記処理部は、嚥下動作をモデル化したモデル関数を前記喉頭部変位検出部によって検出される前記検出データに基づく距離情報にフィッティングさせたフィッティング結果から、甲状軟骨の上下動に伴う上下動成分と、甲状軟骨の前後動に伴う前後動成分とを抽出し、これらの抽出された上下動成分および前後動成分に基づいて甲状軟骨の上下方向および前後方向の挙動を同時に１つの軌跡グラフで示す２次元または３次元の軌跡データを生成するとともに、前記嚥下音検出部からの検出データに基づいて、嚥下時の甲状軟骨の上下前後の一連の移動経路において、甲状軟骨の挙上および前方への移動を伴う移動経路の往路、および、甲状軟骨の後方への移動および下降を伴う移動経路の復路のいずれに嚥下音のピークがあるのかを前記軌跡グラフ上で判別できるようにする識別表示データを生成することを特徴とする。
　本発明者らは、前記検出データに基づく距離情報、すなわち、図１１に一例として示される、嚥下時の甲状軟骨の上下方向および前後方向の挙動に伴って生じる被検者の喉頭部における２つの位置間の距離の経時的な変化を示すＷ型の距離波形７０１（横軸が時間を示し、縦軸が前記２つの位置間の距離を示す）に関し、甲状軟骨の錘状形状に起因して、甲状軟骨および舌骨の２次元動作（前後動作及び上下動作）が１次元（左右）空間に埋め込まれていることを認識し、距離波形７０１における成分の捉え方を従来とは異なる独自の捉え方に改め、それにより、嚥下音を伴う甲状軟骨および舌骨の上下前後の２次元的な動作を嚥下ダイナミクスとして一見して把握できる従来にはない画期的な情報提示形態を見出した。具体的には、距離波形７０１では、甲状軟骨の上昇から下降への一連の挙動において、下に凸の波形成分を生じさせ、一方、甲状軟骨の前進から後進への一連の挙動において、上に凸の波形成分を生じさせるが、本発明者らは、Ｗ型のこの距離波形７０１を、図１１の（ａ）に示されるように、下に凸の波形７１０ａと、上に凸の波形７２０と、下に凸の波形７１０ｂとの組み合わせと捉える従来とは異なり、図１１の（ｂ）に示されるように、緩やかな下に凸の波形７１０と、鋭い上に凸の波形７２０との重ね合わせと捉えて、嚥下動作をモデル化したモデル関数を距離波形７０１にフィッティングさせたフィッティング結果を得るとともに、このフィッティング結果から、上に凸の波形７２０に対応する甲状軟骨の前後動に伴う前後動成分と、下に凸の波形７１０に対応する甲状軟骨の上下動に伴う上下動成分とを抽出し、これらの抽出された上下動成分および前後動成分に基づいて甲状軟骨の上下方向および前後方向の挙動軌跡を示す２次元軌跡データを生成する生体情報分析形態を見出した。
　本発明の上記構成によれば、嚥下動作をモデル化したモデル関数を喉頭部変位検出部によって検出される検出データに基づく距離情報にフィッティングさせてフィッティング結果を得るようにしているため、非侵襲で甲状軟骨（舌骨）の動作を二次元的に再現（嚥下動作のモデリング）可能になるとともに、嚥下時の甲状軟骨の全ての動作方向に関連する挙動成分、すなわち、上下方向および前後方向の動きにそれぞれ対応する２つの前後動成分および上下動成分をフィッティング結果から抽出し、これらの２つの成分に基づいて甲状軟骨の上下方向および前後方向の挙動を同時に１つの軌跡グラフで示す２次元または３次元の軌跡データを生成するようにしているため、前述した特許文献２のように総合的な嚥下挙動の推測を要することなく甲状軟骨（舌骨）の上下前後の動作を２次元的または３次元的な嚥下ダイナミクスとして一見して把握する（嚥下挙動が具体的にどのようになっているかを一見して把握する）ことも可能となる。すなわち、本発明によれば、嚥下動作のモデリングおよび成分分解によって２つの物理情報（甲状軟骨の上下動情報および前後動情報）からなる嚥下ダイナミクスを１つの軌跡グラフに統合して可視化でき、甲状軟骨（舌骨）の上下前後の動作を２次元的または３次元的に一見して把握できるようになる。その結果、熟練を要することなく嚥下障害の評価を容易に行なうことができる。
　この場合、２次元軌跡データは、互いに直交する２つの座標軸によって規定される座標平面上に示される座標データとして生成され、一方の座標軸が前後動成分の軌跡データ値に対応し、他方の座標軸が上下動成分の軌跡データ値に対応していることが好ましい。また、３次元の軌跡データは、互いに直交する３つの座標軸によって規定される座標空間内に示される座標データとして生成され、３つの座標軸は、前後動成分の軌跡データ値に対応する座標軸と、上下動成分の軌跡データ値に対応する座標軸と、嚥下動作時間を示す座標軸とを含むことが好ましい。実際に、このような軌跡データ値に基づく表示形態は、嚥下造影検査（ＶＦ）による舌骨運動等の嚥下動態解析における舌骨の運動軌跡にほぼ対応することが本発明者らにより確認されている。
　また、以上に加え、本発明の上記構成では、嚥下時の甲状軟骨の上下前後の一連の移動経路において、甲状軟骨の挙上および前方への移動を伴う移動経路の往路、および、甲状軟骨の後方への移動および下降を伴う移動経路の復路のいずれに嚥下音のピークがあるのかを識別表示によって軌跡グラフ上で判別できるようになっている。したがって、嚥下時の甲状軟骨移動経路における嚥下音ピーク位置を一見して把握できるようになり、嚥下挙動の正確な評価が可能となる。なお、このような識別表示は、特に、２次元の軌跡データに基づく２次元の軌跡グラフ表示（２次元の静止画）において、嚥下音のピーク位置が座標原点に近い位置であった場合など、グラフ上にプロットされるデータのドット同士が重なり合って甲状軟骨移動経路の往路および復路のいずれに嚥下音のピークがあるのかを把握し難い場合に有益である。また、２次元の軌跡データに基づく２次元の軌跡グラフ表示においては、その軌跡がどちらの方向で進展したかが直感的に判り難い場合もあるため、処理部は、軌跡グラフの移行方向（進展方向）を示す参照情報を軌跡グラフと共に表示するための参照表示データを生成することが好ましい。そのような参照表示データとしては、軌跡グラフの移行方向を示すアイコンを表示するためのデータ、あるいは、軌跡グラフの進展を動画（アニメーション）で表示するためのデータなどを挙げることができる。
　なお、上記構成において、「識別表示」とは、色や大きさ、矢印等の目印または文字などによって嚥下音ピーク位置を示すプロット（マーク）を他のデータ値のプロットから区別する表示、あるいは、軌跡グラフを往路および復路で色分けした状態で軌跡グラフ上に嚥下音のピーク位置をドットで示す表示などを含み、要は、甲状軟骨移動経路の往路および復路のいずれに嚥下音のピークがあるのかを一見して把握できる表示形態であれば、どのような表示形態であっても構わない。また、喉頭部変位検出部は、嚥下時の甲状軟骨の上下方向および前後方向の挙動に伴って生じる被検者の喉頭部における２つの位置間の距離の変化を検出できれば、どのような検出形態を採用しても構わない。例えば、喉頭部変位検出部は、甲状軟骨を両側から挟み込むように配置されて高周波信号を送受信する発信コイルおよび受信コイルにより構成されてもよく、あるいは、喉頭部（甲状軟骨）をステレオカメラなどで三次元的に撮影してその画像データを解析することにより前記距離の変化を検出してもよい。
　また、上記構成において、処理部は、上下動成分および前後動成分に基づいて、甲状軟骨の上下方向および前後方向のそれぞれの経時的な挙動軌跡を個別に示す２次元軌跡データを生成してもよい。これによれば、甲状軟骨の上下動および前後動の軌跡を個別に把握することも可能となり、嚥下動作の細かい分析にも寄与し得る。
　また、上記構成において、処理部は、嚥下音検出部によって検出される検出データに基づいて嚥下音の振幅の経時的な変化を示す嚥下音波形を生成するとともに、嚥下音波形と軌跡グラフとを時間的に対応付けて軌跡グラフ上の各軌跡データ値のプロットを嚥下音の振幅の大きさに応じて識別表示するための識別表示データを生成してもよい。
　これによれば、喉頭部変位検出部および嚥下音検出部から得られる２つの物理情報（距離情報及び音声情報）に基づいて喉頭部の挙動と嚥下音の変化とを１つの軌跡グラフに統合して可視化することができるため、嚥下動作と嚥下音とのタイミングなどの嚥下ダイナミクスが非侵襲的に一目で分かるようになる。また、これに加え、軌跡グラフ上の各軌跡データ値のプロットが嚥下音の振幅の大きさに応じて識別表示されるため、どのタイミングで嚥下音が発せられたかが視覚的に一目で分かり、口に入れた物質がどのタイミングで食道から胃へと送り込まれたのかを一見して判別できる。
　なお、上記構成において、「識別表示」とは、各軌跡データ値のプロットを嚥下音の振幅の大きさに応じて色分け表示する、各軌跡データ値のプロット（マーク）の大きさまたは形状を嚥下音の振幅の大きさに応じて変えるなど、嚥下音の振幅が異なる軌跡データ値同士を識別できる表示形態であれば、どのような表示形態であっても構わない。
　また、上記構成において、処理部は、フィッティング結果に関連付けられる所定の特徴点、嚥下音波形に関連付けられる所定の特徴点、および、軌跡グラフ上にプロットされる軌跡データ値の発生時間を含む補足情報を軌跡グラフ上に重ねて表示するための補足表示データを生成してもよい。これによれば、喉頭部の挙動と嚥下音の変化とに関連する補足情報によって軌跡グラフ表示を補完でき、軌跡グラフから読み取れる情報量を増やすことができる。したがって、嚥下障害の評価をより正確に且つ迅速に行なうことができるようになる。なお、「特徴点」としては、フィッティング結果（例えばフィッティングされた動作波形）および嚥下音波形またはこれに関連する波形の上限ピーク値および下限ピーク値を含めて、波形における特異点や変曲点などを挙げることもできる。
　また、上記構成において、処理部は、軌跡グラフから算出される所定の特徴量とを含む参照情報を軌跡グラフと共に表示するための参照表示データを生成してもよい。これによれば、軌跡グラフだけからは把握し難い情報を軌跡グラフと共に付加して表示でき、軌跡グラフの理解度を高めることができるとともに、正確且つ迅速な嚥下障害評価に寄与し得る。なお、「特徴量」としては、例えば、甲状軟骨の前後方向の変位の最大量、上下方向の変位の最大量、前記動作波形と前記嚥下音波形とがそれぞれ最大値を取る時間の時間差、甲状軟骨の前後方向の変位の分散値に対する前記時間差の割合などを挙げることができる。
　また、本発明は、前述した特徴を有する生体情報分析方法およびコンピュータプログラムも提供する。このような生体情報分析方法およびコンピュータプログラムによれば、前述した生体検査装置と同様の作用効果を得ることができる。
　本発明によれば、嚥下動作をモデル化したモデル関数を喉頭部変位検出部によって検出される検出データに基づく距離情報にフィッティングさせたフィッティング結果から、甲状軟骨の上下動に伴う上下動成分と、甲状軟骨の前後動に伴う前後動成分とを抽出し、これらの抽出された上下動成分および前後動成分に基づいて甲状軟骨の上下方向および前後方向の挙動軌跡を示す２次元軌跡データを生成するようにしているため、非侵襲的な検査により、嚥下音を伴う甲状軟骨および舌骨の上下前後の２次元的な動作を嚥下ダイナミクスとして一見して把握できるようになる。また、嚥下時の甲状軟骨の上下前後の一連の移動経路において、甲状軟骨の挙上および前方への移動を伴う移動経路の往路、および、甲状軟骨の後方への移動および下降を伴う移動経路の復路のいずれに嚥下音のピークがあるのかを識別表示によって軌跡グラフ上で判別できるようになっているため、嚥下時の甲状軟骨移動経路における嚥下音ピーク位置を一見して把握できるようになり、嚥下挙動の正確な評価が可能となる。
本発明の一実施の形態に係る生体検査装置の機能ブロック図である。 図１の生体検査装置の喉頭部変位検出部を保持する可撓性保持具の概略斜視図である。 図１の生体検査装置の計算機の機能ブロック図である。 図３の計算機の処理部の動作解析部の処理の流れを示すフローチャートである。 図３の計算機の処理部の音声解析部の処理の流れを示すフローチャートである。 図３の計算機の処理部の分析部の処理の流れを示すフローチャートである。 図１の生体検査装置の喉頭部変位検出部により検出される典型的な距離情報に基づく距離波形図である。 （ａ）は、図１の生体検査装置の喉頭部変位検出部によって検出される検出データに基づく距離情報および該距離情報から得られるフィッティングされた動作波形（フィッティング波形）であり、（ｂ）は、甲状軟骨の上下方向および前後方向のそれぞれの経時的な挙動軌跡を個別に示す成分波形である。 図１の生体検査装置の嚥下音検出部により検出される典型的な音声情報に基づく包絡線を含む嚥下音波形図である。 図１の生体検査装置の処理部で得られる２次元軌跡データに基づいて表示される軌跡グラフの一例を示す。 （ａ）は、距離波形における成分の従来の捉え方を示す波形図、（ｂ）は、距離波形における成分の本発明の捉え方を示す波形図である。 甲状軟骨移動経路の往路および復路のいずれに嚥下音のピークがあるのかを軌跡グラフ上で判別できるようにする識別表示の一例を示す概略図である。 甲状軟骨移動経路の往路および復路のいずれに嚥下音のピークがあるのかを軌跡グラフ上で判別できるようにする識別表示の他の例を示す概略図である。 軌跡グラフの移行方向を示す参照情報の他の例を示す図である。
　以下、図面を参照しながら本発明の一実施の形態について説明する。本実施形態では、以下に示すような技術を提供することにより、高度な先進技術で医療の発展と健康社会の実現に貢献する。本検査装置、分析方法の実現により、国連の提唱する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ：Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｇｏａｌｓ）の「９．産業と技術革新の基盤をつくろう」に貢献する。
　図１は、本発明の一実施の形態に係る生体検査装置１００の構成例を示す機能ブロック図である。図示のように、生体検査装置１００は、被検体（被検者）１０１の嚥下時の甲状軟骨（俗称：喉仏）の上下方向および前後方向の挙動に伴って生じる被検体１０１の喉頭部（甲状軟骨の周囲の生体部位）における２つの位置間の距離の変化を検出する喉頭部変位検出部としての送信コイル１０２および受信コイル１０３と、被検体１０１が嚥下する際の嚥下音を検出する嚥下音検出部としてのマイクロフォン１０６とを有し、これらのコイル１０２，１０３およびマイクロフォン１０６は図２に関連して後述する可撓性保持具１１３に保持される。
　送信コイル１０２および受信コイル１０３は、甲状軟骨を両側から挟み込むように互いに対向して配置され、送信コイル１０２は送信機１０４に接続されるとともに、受信コイル１０３は受信機１０５に接続される。また、マイクロフォン１０６は、被検体１０１の甲状軟骨近傍に配置され、嚥下時にマイクロフォン１０６により捕捉される嚥下音を検出する検出用回路１０７に電気的に接続されるとともに、検出用回路１０７から電源供給等を受けて動作する。なお、マイクロフォン１０６は、嚥下音以外の周囲音を極力拾わないように例えばピエゾ素子（圧電素子）を用いたマイクロフォンであることが好ましいが、コンデンサー型マイクロフォン等であってもよい。
　また、生体検査装置１００は、制御装置１０８と、計算機１０９と、表示装置１１０と、外部記憶装置１１１と、入力装置１１２とを更に有する。制御装置１０８は、送信機１０４、受信機１０５、検出用回路１０７、計算機１０９、および、外部記憶装置１１１の動作を制御し、電源供給や信号の送受信タイミング等を制御する。また、計算機１０９は、ＣＰＵ、メモリ、内部記憶装置などを備える情報処理装置であり、様々な演算処理を行なう。計算機１０９が行なう制御や演算は、ＣＰＵが所定のプログラムを実行することによって実現される。ただし、演算の一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programable Gate Array）等のハードウェアにより実現することも可能である。なお、この計算機１０９には、表示装置１１０、外部記憶装置１１１、および、入力装置１１２が電気的に接続される。
　また、表示装置１１０は、計測波形や計算機１０９による解析情報等を表示するインタフェースである。表示装置１１０は、例えば、液晶ディスプレイ、ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＣＲＴディスプレイまたはプロジェクタ等であってもよいが、これらに限定されるものではない。また、表示装置１１０は、タブレット端末やヘッドマウントディスプレイやウェアラブルデバイス等に搭載されていてもよい。なお、特定の機能に関してはＬＥＤや音声等により報知されてもよい。また、外部記憶装置１１１は、前記内部記憶装置とともに、計算機１０９が実行する各種の演算処理に用いられるデータ、演算処理により得られるデータ、入力装置１１２を介して入力される条件、パラメータ等を保持する。また、入力装置１１２は、本実施の形態において実施される計測や演算処理に必要な条件等をオペレータが入力するためのインタフェースである。
　このような構成では、送信機１０４により生成される高周波信号が送信コイル１０２に送信されることによって送信コイル１０２から高周波磁場が照射され、それに伴って受信コイル１０３で受信される信号が受信機１０５で受けられるようになる。また、受信機１０５で受けられた信号は、コイル間電圧の出力電圧計測値として計算機１０９に送られる。一方、マイクロフォン１０６により捕捉された嚥下音は、検出用回路１０７で検出されて電圧信号に変換され、この検出用回路１０７から出力電圧計測値として計算機１０９に入力される。
　図２には、送受信コイル１０２，１０３およびマイクロフォン１０６を保持する可撓性保持具１１３が示される。この可撓性保持具１１３は、各種樹脂などの任意の可撓性材料によって形成されており、図示のように、その開放端を利用して被検体１０１の首に装着されるようになっている略環状の首装着部材２０２と、この首装着部材２０２の内側で略同一の円弧に沿うように位置される一対の円弧状のセンサ保持部材２０３ａ，２０３ｂとから構成され、首装着部材２０２がその内側において一対のセンサ保持部材２０３ａ，２０３ｂの一端をそれぞれ両側で保持するように一体結合されるとともに、センサ保持部材２０３ａ，２０３ｂの他端間が開放されて被検体１０１の喉頭部付近に位置されるようなっている。そして、一対のセンサ保持部材２０３ａ，２０３ｂのそれぞれの他端にはセンサ部２０４ａ，２０４ｂが配置され、これらのセンサ部２０４ａ，２０４ｂは、被検体１０１の喉頭部に当接されるとともに、被検体１０１の首と接触することなく位置される各センサ保持部材２０３ａ，２０３ｂと共に首装着部材２０２とは独立に嚥下の動き（甲状軟骨等の動き）に追従できるようになっている。
　センサ部２０４ａ，２０４ｂの一方の内部には送信コイル１０２が、他方の内部には受信コイル１０３が固定状態で配設されるとともに、センサ部２０４ａ，２０４ｂのいずれかの内部にマイクロフォン１０６が固定状態で配設されている。特に本実施の形態において、送信コイル１０２および受信コイル１０３は、互いに対向し易い（被検体１０１の首表面の鉛直方向に近い）向きに配置されるようにセンサ部２０４ａ，２０４ｂに装着されており、それにより、信号対ノイズ（ＳＮ）比が高い検出を可能としている。そのため、マイクロフォン１０６と送信コイル１０２又は受信コイル１０３とを略直交する位置に配置することができ、マイクロフォン１０６から発生する磁場ノイズが送信及び／又は受信コイル１０２，１０３へ混入するのを低減することができる。ただし、送信コイル１０２および受信コイル１０３の対応の位置やマイクロフォンとの直交の位置については、記載の配置に限定されるものではなく、ＳＮ比が十分に高い検出を実現できる位置であればよい。
　また、首装着部材２０２の開放端を形成する対向する末端部（被検体１０１の首の裏側に位置される首装着部材２０２の部位）には、被検体１０１の首に当て付けられる押さえ部２０５ａ，２０５ｂが円筒状または球状等の押圧に適した形状を成して形成されている。これらの２つの押さえ部２０５ａ，２０５ｂとセンサ保持部材２０３ａ，２０３ｂの他端に設けられる前述の２つのセンサ部２０４ａ，２０４ｂとから成る４箇所の押圧ポイントによって被検体１０１の首の大きさに関係なく可撓性保持具１１３を首に容易に装着できるようになっている。なお、センサ部２０４ａ，２０４ｂに内蔵される送受信コイル１０２，１０３およびマイクロフォン１０６から延びる電気配線２０１ａ，２０１ｂは、図１に示される送信機１０４、受信機１０５、および、検出用回路１０７にそれぞれ電気的に接続される。
　図３には計算機１０９の機能ブロック図が示される。図示のように、計算機１０９は、嚥下計測部４１０と、処理部４２０と、表示部４３０とを備える。嚥下計測部４１０は、図１に関連して説明した送信コイル１０２、受信コイル１０３、送信機１０４、受信機１０５、マイクロフォン１０６、検出用回路１０７、および、制御装置１０８を用いて嚥下動作および嚥下音を計測する（喉頭部変位検出ステップおよび嚥下音検出ステップ）。また、処理部４２０は、距離情報を解析する動作解析部４２１と、音声情報である嚥下音を解析する音声解析部４２２と、距離情報と嚥下音とを組み合わせて分析を行なう分析部４２３とを有し、これらによって嚥下計測部４１０で計測されたデータを処理する（処理ステップ）。具体的には、処理部４２０は、後述するように、嚥下動作をモデル化したモデル関数（本実施の形態では、後述する式（１））を送受信コイル１０２，１０３によって検出される検出データに基づく距離情報（本実施の形態では、被検体１０１の甲状軟骨を間に挟み込むように配置されるコイル１０２，１０３間の距離の経時的な変化を示すデータ（後述する図７に示される距離波形７０１））にフィッティングさせたフィッティング結果（本実施の形態では、後述する図８の（ａ）に示されるフィッティングされた波形１１０３）を得るとともに、このフィッティング結果から、甲状軟骨の前後動に伴う前後動成分（本実施の形態では、後述する図８の（ｂ）に示される前後動成分波形１１０５またはそれを形成するデータ値）と、甲状軟骨の上下動に伴う上下動成分（本実施の形態では、後述する図８の（ｂ）に示される上下動成分波形１１０６またはそれを形成するデータ値）とを抽出し、これらの抽出された上下動成分および前後動成分に基づいて甲状軟骨の上下方向および前後方向の挙動軌跡を示す２次元軌跡データ（本実施の形態では、後述する図１０に示される軌跡グラフ９０１を形成するためのデ－タ）および３次元軌跡データ（本実施の形態では、後述する図１３に示される軌跡グラフ９０１Ａを形成するためのデ－タ）を生成する。また、処理部４２０は、後述するように、マイクロフォン１０６からの検出データに基づいて、嚥下時の甲状軟骨の上下前後の一連の移動経路において、甲状軟骨の挙上および前方への移動を伴う移動経路の往路、および、甲状軟骨の後方への移動および下降を伴う移動経路の復路（図７参照）のいずれに嚥下音のピークがあるのかを軌跡グラフ９０１上で判別できるようにする識別表示データを生成する。さらに、処理部４２０は、マイクロフォン１０６によって検出される検出データに基づいて嚥下音の振幅の経時的な変化を示す嚥下音波形（本実施の形態では、後述する図９に示される嚥下音波形８０１）を生成するとともに、嚥下音波形と軌跡グラフとを時間的に対応付けて軌跡グラフ上の各軌跡データ値のプロットを嚥下音の振幅の大きさに応じて識別表示するための識別表示データを生成する。また、表示部４３０は、嚥下計測部４１０および処理部４２０により計測および処理された情報（データ）を表示装置１１０に表示する（表示ステップ）。なお、嚥下計測部４１０、処理部４２０、および、表示部４３０は独立に動作する。
　図４には、図３の計算機１０９の処理部４２０の動作解析部４２１の処理の流れが示される。動作解析部４２１は、送受信コイル１０２，１０３によって検出される検出データを処理するものであり、具体的には、まず最初に、ステップＳ５０１において、嚥下計測部４１０で計測されたデータに対して平滑化を施す。特に本実施の形態においては、Savitzky-Golayフィルタによる区分的多項式近似を用いて平滑化を実施する。この場合の平滑化は、窓数および多項式の次数を例えばそれぞれ５，５１などと設定することによって実施される。なお、平滑化の手法は、例えば、単純移動平均などであってもよく、これらによって本発明が限定されるものではない。
　続いてステップＳ５０２では、ステップＳ５０１において平滑化された計測信号に対してフィッティングがなされる。これに関連して、図７には、被検体１０１の喉頭部における２つの位置間の距離である送受信コイル１０２，１０３間の距離の経時的な変化を示す距離波形７０１の典型例が示される。計測されるこのような距離波形７０１は、甲状軟骨（舌骨）の２次元動作（前後動および上下動）を１次元（左右）で観測した結果であり、甲状軟骨が錘状の形状をしていることから、図示のようにＷ型の波形形状を呈する。具体的には、被検体１０１が食塊を口に入れて飲み込む嚥下を開始する開始点（時間Ｔ０）７０２から食塊が食道へと送り込まれるにつれて甲状軟骨が挙上し、それにより、送受信コイル１０２，１０３間の距離がＤ０からＤ１へと狭まり、距離波形７０１が第１の谷部（第１の下限ピーク値；時間Ｔ１）７０３に達する。なお、この食塊送り込み過程では、被検体１０１の喉頭蓋が下方へ移動して鼻腔から気道への経路が塞がれる。その後、食塊が食道を通過する際に、食道を開放するべく甲状軟骨が前方（被検体の顔が向いている方向）へ移動し、それにより、送受信コイル１０２，１０３間の距離がＤ１からＤ２へと広がり、距離波形７０１が第１の谷部７０３から山部（上限ピーク値；時間Ｔ２）７０４へと移行する。このように食塊（または唾液）などが飲み込まれて食道を通過する際の甲状軟骨の挙上および前方への移動を伴う移動経路（時間Ｔ０～時間Ｔ２にわたる距離波形７０１の区間）が嚥下動作経路の往路を形成する。そして、食塊が食道（喉頭蓋）を完全に通過して胃へと送り込まれると、喉頭蓋の上方への移動に伴って甲状軟骨も後方へ移動し、それにより、送受信コイル１０２，１０３間の距離がＤ２からＤ３へと狭まり、距離波形７０１が山部７０４から第２の谷部（第２の下限ピーク値；時間Ｔ３）７０５へと移行する。その後、喉頭蓋および甲状軟骨が元の位置へ戻るべく、甲状軟骨が下降し、それにより、送受信コイル１０２，１０３間の距離がＤ３からＤ４へと広がって、距離波形７０１が第２の谷部７０５から終了点（時間Ｔ４）７０６へと移行する。このように食塊（または唾液）などが食道を完全に通過して胃へと送り込まれる際の甲状軟骨の後方への移動および下降を伴う移動経路（時間Ｔ２～時間Ｔ４にわたる距離波形７０１の区間）が嚥下動作経路の復路を形成する。
　以上から分かるように、このような距離波形７０１では、甲状軟骨の上昇から下降への一連の挙動において、下に凸の波形成分を生じさせ、一方、甲状軟骨の前進から後進への一連の挙動において、上に凸の波形成分を生じさせる。したがって、このことから、本実施の形態では、Ｗ型の距離波形７０１を、図７に短破線および長破線により区別して示されるように、緩やかな下に凸の波形７１０（図８の（ｂ）に示される上下動成分波形１１０６に対応する）と、鋭い上に凸の波形７２０（図８の（ｂ）に示される前後動成分波形１１０５に対応する）との重ね合わせと捉え、以下の式（１）のようにモデル化する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　ここで、tは時間、y(t)は計測した距離波形、rAP(t)は前後方向の成分、rHF(t)は上下方向の成分、d(t)は体動など（例えば、首の太さなどの個体差により生じる初期値からのオフセット）から生じるトレンド成分、eは計測ノイズを示す。
　また、本実施の形態では、前後方向および上下方向の成分rAP，rHFを正規分布で、トレンド成分d(t)を一次方程式でモデル化するが、これらのモデルは自己回帰モデルや非線形モデルでもよく、これらによって本発明が限定されるものではない。また、本実施の形態のこのようなモデリングでは、数理最適化手法を用いてパラメータフィッティングすることによって各成分を求める。なお、本実施の形態では、非線形最小二乗法を用いてパラメータフィッティングを実施するが、これによって本発明が限定されるものではない。また、パラメータフィッティングを行なう際に、例えば、rAPの分散値がrHFの分散値よりも小さくなる、といった制約を設けても構わない。
　このような正規分布を使用したモデル関数（式（１））をフィッティングした結果が図８の（ａ）に示される。図中、ドットで表わされるデータ値により形成される波形１１０２は、図７に示される距離波形７０１に対応し、また、実線で表わされる波形１１０３は、波形１１０２を形成する距離情報にモデル関数をフィッティングさせた動作波形（フィッティング波形）である。ここで、横軸は時間であり、縦軸は、図７に示されるコイル間の距離に基づく正規化された振幅である。
　以上のような信号フィッティングステップＳ５０２が終了したら、今度は、ステップＳ５０３において、フィッティングしたモデル関数からパラメータを抽出する。本実施の形態では、甲状軟骨の前後方向および上下方向の挙動をそれぞれ独立した正規分布でモデル化したため、このステップＳ５０３では、これらの挙動のそれぞれの「振幅」、「平均値」、「分散」を抽出する。なお、「振幅」は甲状軟骨の動作の大きさ、「平均値」は動作が発生した時間、「分散」は動作の持続時間にそれぞれ対応する。
　これに関連して、図８の（ｂ）には、図８の（ａ）に示される動作波形（フィッティング波形）１１０３から甲状軟骨の前後方向および上下方向の成分のみを個別に抽出して表示させた波形（上に凸の前後動成分波形１１０５および下に凸の上下動成分波形１１０６）が示される。このように、本実施の形態の生体検査装置１００の動作解析部４２１を含む処理部４２０は、上下動成分および前後動成分に基づいて、甲状軟骨の上下方向および前後方向のそれぞれの経時的な挙動軌跡を個別に示す２次元軌跡データを生成できるようになっている。
　このような成分抽出ステップＳ５０３が終了したら、今度は、ステップＳ５０４において、ステップＳ５０３にて抽出したパラメータを用いて再構築した波形から、Ｗ型波形の特徴点、すなわち、図７の距離波形７０１上のピーク点等７０２～７０６（Ｄ０～Ｄ４およびＴ０～Ｔ４のデータ値）に対応する特徴点を抽出する。具体的には、本実施の形態では、式（１）のように計測信号をモデル化して成分分離していることから、ノイズおよびトレンド成分を加味することなく簡便に特徴点の抽出を行なう。より具体的には、一例として、Ｔ２をrAPの平均値として取得し、Ｔ１およびＴ３をそれぞれＴ２の前後における最小値を示す時間として取得し、Ｔ０およびＴ４をそれぞれrHFの平均値から負および正の方向に分散値分だけ進んだ点の時間として取得する。そして、時間Ｔ０～Ｔ４に対応する値としてＤ０～Ｄ４をそれぞれ取得する。
　このようなピーク値検出ステップＳ５０４が終了したら、今度は、ステップＳ５０５において、前述の各ステップＳ５０１～Ｓ５０４で算出された波形、パラメータ、特徴点等が計算機１０９の内部記憶装置および／または外部記憶装置１１１に保存される。なお、以上の各ステップＳ５０１～Ｓ５０５は、嚥下計測部４１０による嚥下動作および嚥下音の計測中に実施されてもよく、また、複数回実施されてもよい。
　図５には、図３の計算機１０９の処理部４２０の音声解析部４２２の処理の流れが示される。図示のように、ステップＳ６０１では、マイクロフォン１０６から嚥下計測部４１０を通じて計測された音声情報（一般に正負両方の値を含む音声信号）に対して整流処理が施される。ここで、整流処理とは、絶対値を取って負の値を正の値へ変換する処理を示す。図９には、典型的な音声情報を整流処理して成る嚥下音波形８０１が示される。
　ステップＳ６０２では、ステップＳ６０１で得られる整流処理された信号が対数変換される。この処理によって、嚥下音に混入するスパイク状の信号の影響を低減することができる。
　ステップＳ６０３では、ステップＳ６０２で得られる対数変換された信号に対して平滑化が施される。特に本実施の形態では、移動平均を用いて平滑化処理が行なわれ、移動平均の窓幅が４００点に設定される。なお、この平滑化手法によって本発明が限定されるものではない。
　ステップＳ６０４では、ステップＳ６０３で得られた平滑化信号に対して指数変換が施される。これにより、当初の計測した音声情報の包絡線を示す波形を得ることができる。図９には、そのような典型的な音声情報（嚥下音波形８０１）から得られる包絡線８０２が破線で示されている。
　ステップＳ６０５では、ステップＳ６０４で得られた包絡線信号がリサンプリングされる。具体的には、本実施の形態では、図３に示される嚥下計測部４１０での音声情報および距離情報のサンプリング周波数がそれぞれ４０００Ｈｚおよび１００Ｈｚであるため、包絡線信号を１／４０にリサンプリングして距離情報のサンプリング周波数と一致させる処理を行なう。
　ステップＳ６０６では、ステップＳ６０５で得られるリサンプリングされた包絡線信号に関して特徴点としての最大値が求められる。これは、嚥下音信号（嚥下音波形８０１）において最大振幅が得られる区間が摂取物の流動を示していると考えられており、嚥下音の重要な特徴だからである。そのため、このステップＳ６０６では、図９に示される包絡線８０２に関して最大振幅を示すピーク点８０３に対応する時間Ｓ２が取得される。
　ステップＳ６０７では、ステップＳ６０５で得られるリサンプリングされた包絡線信号の嚥下音区間が求められる。すなわち、包絡線８０２において、嚥下音が生じている時間区間Ｔｓを得るために、嚥下音区間の両端の時間が取得される。具体的には、図９中に一点鎖線で示される振幅閾値８０４を設定するとともに、ステップＳ６０６で求められた最大値（ピーク点８０３）からみて閾値８０４を下に横切る点、すなわち、時間的に早い開始点８０５および時間的に遅い終了点８０６にそれぞれ対応する時間Ｓ１，Ｓ３を特徴点として取得する。また、本実施の形態においては、閾値８０４として中央値に正規化中央絶対偏差を加えた値を用いる。なお、閾値８０４の設定方法によって本発明が限定されるものではなく、平均値に標準偏差を加えた値などを用いてもよい。
　最後に、ステップＳ６０８では、前述の各ステップＳ６０１～Ｓ６０７で算出された波形および特徴量等が計算機１０９の内部記憶装置および／または外部記憶装置１１１に保存される。なお、以上の各ステップＳ６０１～Ｓ６０８は、嚥下計測部４１０による嚥下動作および嚥下音の計測中に実施されてもよく、また、複数回実施されてもよい。
　図６には、図３の計算機１０９の処理部４２０の分析部４２３の処理の流れが示される。図示のように、ステップＳ１００１では、フィッティングされた波形である動作波形１１０３（または距離波形７０１）の前後方向および上下方向の最大変位（最大値）が算出される。
　ステップＳ１００２では、図１０を参照して以下で詳しく説明する前述の軌跡グラフ９０１上における各点の符号付き曲率が算出される。このステップＳ１００２では、軌跡グラフ９０１の時間進展方向（移行方向）が抽出され、前記最大変位をとる点を抽出するために、軌跡グラフ９０１上の各点における符号付き曲率が計算される。
　ステップＳ１００３では、ステップＳ１００２で得られた符号付き曲率において符号が取得される。具体的には、軌跡グラフ９０１においては、その座標原点から最も遠い点において曲率の振幅が最大となるため、軌跡グラフ９０１上の各点の曲率を算出した後に最大の曲率をとる点の符号を取得する。座標系として、反時計回りが正、時計回りが負、といったように符号を決定することにより、時間進展方向が一意に求まる。なお、符号の正負を決定付ける要因は、前後方向の成分rAPおよび上下方向成分rHFの平均値の大小であり、時間進展方向が反時計回りである後述する図１０の軌跡グラフ９０１においては、前後方向の変位の平均値（すなわち、最大値をとる時間）の方が上下方向のそれよりも早いことを示す。
　ステップＳ１００４では、ステップＳ１００２で算出された符号付き曲率の最大値が得られた点の座標原点からの幾何距離が取得される。軌跡グラフ９０１では、座標原点から最も遠い点において曲率の振幅が最大となるため、曲率の振幅が最大となる点から座標原点までの幾何距離を計算する。これによって、甲状軟骨の上下方向および前後方向の成分を合成したときに最も変位が大きい時点（時間）を取得することができる。
　ステップＳ１００５では、音声情報の最大値をとる時間と距離情報の前後方向の最大値をとる時間との時間差が取得される。これは、特に、最大値をとる時間差が、嚥下状態を特徴付ける上で重要なパラメータだからである。本実施の形態においては、後述する軌跡グラフ９０１の表示形態からも分かるように、このパラメータが視覚的に把握できるだけでなく、定量値としても表示できる。なお、これらの定量値によって本発明が限定されるものではなく、例えば、軌跡グラフによって取り囲まれる領域の面積を特徴量として表示するなどしてもよい。
　ステップＳ１００６では、ステップＳ１００５で得られた時間差の、距離情報の前後方向の成分を示すモデル（図８の（ｂ）に示される前後動成分波形１１０５）の分散値を基準にした割合（分散値に対する時間差の割合）を取得する。健常者モデルでは甲状軟骨が前進しているタイミングで嚥下音が発生することから、このステップＳ１００６では、個人内でどの程度の嚥下音発生ずれがあるのかを表示するために前記割合を算出する。
　最後に、ステップＳ１００７では、前述の各ステップＳ１００１～Ｓ１００６で算出された波形および特徴量等が計算機１０９の内部記憶装置および／または外部記憶装置１１１に保存される。なお、以上の各ステップＳ１００１～Ｓ１００７は、嚥下計測部４１０による嚥下動作および嚥下音の計測中に実施されてもよく、また、複数回実施されてもよい。
　以上のような処理ステップに基づき、処理部４２０は、更に、一例として、前述した上下動成分および前後動成分に基づいて、甲状軟骨の上下方向および前後方向の挙動を同時に１つの軌跡グラフ９０１（図１０参照）で示す２次元軌跡データを生成するようになっている。具体的には、そのような２次元軌跡データは、互いに直交する２つの座標軸によって規定される座標平面上に示される座標データとして生成され、一方の座標軸が前後動成分の軌跡データ値に対応し、他方の座標軸が上下動成分の軌跡データ値に対応する。より具体的には、図１０に示されるように、前述した動作解析部４２１による信号フィッティング（図４のステップＳ５０２）及び成分抽出（図４のステップＳ５０３）に基づき、前述した上下動成分波形１１０６上のデータ値と前後動成分波形１１０５上のデータ値とを時間的に対応付けて、横軸を前後動成分の軌跡データ値（前後方向の変位；前後動成分波形１１０５における正規化された振幅）、縦軸を上下動成分の軌跡データ値（上下方向の変位；上下動成分波形１１０６における正規化された振幅）としてプロットする。すなわち、横軸は、図４のステップＳ５０３にて式（１）のrAPに対して抽出されたパラメータを有する正規分布の値を示し、縦軸は、式（１）のrHFに対して抽出されたパラメータを有する正規分布の値を示す。
　図１０に示されるこのような軌跡グラフ９０１は、計算機１０９の表示部４３０を介して表示装置１１０に表示されるが、特に本実施の形態では、軌跡グラフ９０１上の各軌跡データ値のプロットが嚥下音の振幅の大きさに応じて識別表示、例えば色分け表示されるようになっている。このような識別表示を実現するため、処理部４２０は、前述したようにマイクロフォン１０６を通じて検出される検出データに基づいて嚥下音の振幅の経時的な変化を示す嚥下音波形８０１および包絡線８０２を生成するとともに、嚥下音波形８０１または包絡線８０２と軌跡グラフ９０１とを時間的に対応付けて軌跡グラフ９０１上の各軌跡データ値のプロットを嚥下音の振幅の大きさに応じて識別表示するための識別表示データを生成する。また、このような識別表示に関連して、色分け表示される本実施の形態では、縦軸に沿う嚥下音振幅値の大小に伴って色がどのように変化するのかを示す参照用の帯グラフ９０９が軌跡グラフ９０１に隣接して表示される。例えば、ここでは、嚥下音の振幅が大きくなればなるほど黄色を帯び、振幅が小さくなればなるほど青色を帯びるような識別表示形態を成す。あるいは、白黒で色分けし、振幅が大きくなればなるほど色が薄くなるような識別表示形態であってもよい。なお、識別表示形態は、これに限定されず、各軌跡データ値のプロット（マーク）の大きさまたは形状を嚥下音の振幅の大きさに応じて変えるなど、嚥下音の振幅が異なる軌跡データ値同士を識別できる表示形態であれば、どのような表示形態であっても構わない。
　軌跡データ値を時系列的な散布図としてプロットしたこのような軌跡グラフ９０１は、甲状軟骨の前後方向および上下方向の挙動を２つの座標軸で分離して表示するものであり、嚥下における甲状軟骨の挙動を一目で把握できるようにする。また、このように嚥下動作の挙動に加えて嚥下音情報の特徴を１つの軌跡グラフ９０１に表示させることにより、嚥下音が甲状軟骨の挙動に対してどの時点で発生したかを視覚的に確認することができ、嚥下動作を定量的に把握できるのみならず、正常な状態からの嚥下音のずれや嚥下音のパワーも一目で把握できる。
　また、この軌跡グラフ９０１には、様々な補助的な情報が付加して表示される。この目的のため、本実施の形態において、処理部４２０は、動作波形１１０３（または距離波形７０１）に関連付けられる所定の特徴点、嚥下音波形８０１（または包絡線８０２）に関連付けられる所定の特徴点、および、軌跡グラフ９０１上にプロットされる軌跡データ値の発生時間を含む補足情報を軌跡グラフ９０１上に重ねて表示するための補足表示データを生成するとともに、軌跡グラフ９０１の移行方向と軌跡グラフ９０１から算出される所定の特徴量とを含む参照情報を軌跡グラフ９０１と共に表示するための参照表示データも生成するようになっている。
　具体的に、そのような補助的な表示に関し、図１０中、９０２は、軌跡がどちらの方向に進展したか（軌跡グラフ９０１の移行方向）を示す矢印である。本実施の形態においては、軌跡が座標原点から始まって反時計回りに回転した後に座標原点に戻ることを示している。また、９０３は、軌跡グラフ９０１から算出される特徴量を示す。具体的には、前後方向の変位の最大量、上下方向の変位の最大量、９０４により示される座標原点からの最大変位、動作情報と音声情報とがそれぞれ最大値をとる時間の時間差（σ）、および、前後方向の変位（rAP）の分散値を基準にした前記時間差の割合、がそれぞれ特徴量として示される。これらの情報は、前述した分析部４２３による処理によって得られる。なお、この特徴量の表示の仕方としては、本実施の形態のように軌跡グラフ９０１の座標領域よりも上側に表示するのではなく、軌跡グラフ９０１の座標領域中に表示したり、あるいは、別図に表示したりしてもよく、これらによって本発明が限定されるものではない。
　また、図１０中、９０５は、軌跡グラフ９０１上にプロットされる軌跡データ値の発生時間を示しており、本実施の形態においては０．１秒ごとに表示される。また、９０６は、図４のステップＳ５０４により求められた距離情報におけるピーク点を示す。また、９０７は、図５のステップＳ６０６により求められた音声情報の最大値をとる時点を示す。この表示により、音声情報の最大値を示す時点と、距離情報における甲状軟骨の前後方向の成分の最大値を示す時点、との時間的なずれが図中にて確認できる。また、９０８は、図５のステップＳ６０７により求められた音声情報の開始点８０５および終了点８０６（図９参照）を示す。
　また、本実施形態では、図１０に示される表示形態に加え、嚥下時の甲状軟骨の上下前後の一連の移動経路において、甲状軟骨の挙上および前方への移動を伴う移動経路の往路（図７参照）、および、甲状軟骨の後方への移動および下降を伴う移動経路の復路（図７参照）のいずれに嚥下音のピーク９０７があるのかを軌跡グラフ９０１上で判別できるようになっている。この目的のため、処理部（処理ステップ）４２０は、マイクロフォン１０６からの検出データに基づいて、嚥下時の甲状軟骨の上下前後の一連の移動経路において、甲状軟骨の挙上および前方への移動を伴う移動経路の往路、および、甲状軟骨の後方への移動および下降を伴う移動経路の復路のいずれに嚥下音のピークがあるのかを軌跡グラフ９０１上で判別できるようにする識別表示データを生成する。具体的には、例えば、そのような表示形態を要求する信号が入力装置１１２を介して入力されると、図１２の（ａ）に示されるように、嚥下音のピーク９０７の位置に隣接して、往路を示す例えば上向きの矢印（復路の場合には、例えば下向きの矢印）が表示される。その場合、往路／復路に関する矢印の説明表示が軌跡グラフ９０１に隣接して表示される。無論、矢印に代えてアイコン等が使用されてもよい。あるいは、外部からの入力を要することなく図１０の表示形態に代えて図１２の表示形態が自動的に表示されてもよい。
　また、図１２の（ｂ）に示されるように、往路／復路を示すテキスト（文字）が嚥下音のピーク９０７の位置に隣接して表示されてもよい。さらには、軌跡グラフ９０１を往路と復路とで色分け表示（距離情報の軌跡データ値のプロットを色分け表示）し、甲状軟骨移動経路の往路および復路のいずれに嚥下音のピーク９０７があるのかを一見して把握できるようにしてもよい。その場合、嚥下音の振幅の色分け表示と重ならないように、例えば、嚥下音振幅の色分け識別表示と往路／復路の色分け識別表示とが例えば入力装置１１２を介して入力される切換信号によって切り換えられてもよい。また、そのような切り換えにより、嚥下音振幅値の大小を示す参照用の帯グラフ９０９に代えてまたは加えて、往路／復路の色分け状態を明示する参照用の表示（図示せず）が軌跡グラフ９０１に隣接して表示されてもよい。
　また、図１０および図１２に示されるような２次元の軌跡グラフ９０１に代えて、図１３に示されるような３次元の軌跡グラフ９０１Ａが表示部４３０を介して表示装置１１０に表示されてもよい。この目的のため、処理部（処理ステップ）４２０は、嚥下動作をモデル化したモデル関数を送受信コイル１０２，１０３によって検出される検出データに基づく距離情報にフィッティングさせたフィッティング結果から、甲状軟骨の上下動に伴う上下動成分と、甲状軟骨の前後動に伴う前後動成分とを抽出し、これらの抽出された上下動成分および前後動成分に基づいて甲状軟骨の上下方向および前後方向の挙動を同時に１つの軌跡グラフで示す３次元の軌跡データを生成する。この場合、３次元の軌跡データは、図１３に示されるように、互いに直交する３つの座標軸によって規定される座標空間内に示される座標データとして生成され、３つの座標軸は、前後動成分の軌跡データ値に対応する座標軸Ｘと、上下動成分の軌跡データ値に対応する座標軸Ｙと、嚥下動作時間を示す座標軸Ｚとを含む。なお、図を簡略化するため、図１３においては、特徴点等の補助的および参照的な表示が省かれているが、図１０および図１２に示されるように様々な特徴点の表示や参照用の表示が図１３において付加されることは言うまでもない。
　このような３次元で距離情報に基づく軌跡データを示せば、データ値のドットの重なりを回避でき、例えば、嚥下時の甲状軟骨移動経路における嚥下音ピーク位置も一見して明確に把握できる。この場合も、嚥下音のピーク９０７の位置に隣接して往路／復路を示すテキストや記号の表示がなされてもよく、あるいは、軌跡グラフ９０１を往路と復路とで色分け表示してもよい。
　以上のように、図１２および図１３に示されるような表示形態によれば、嚥下時の甲状軟骨移動経路における嚥下音ピーク位置を一見して把握できるようになり、嚥下挙動の正確な評価が可能となる。また、このような識別表示は、特に、２次元の軌跡データに基づく２次元の軌跡グラフ表示（図１０の表示形態）において、嚥下音のピーク位置が座標原点に近い位置であった場合など、グラフ上にプロットされるデータのドット同士が重なり合って甲状軟骨移動経路の往路および復路のいずれに嚥下音のピークがあるのかを把握し難い場合に有益である。
　図１４には、図１０と同様な２次元による軌跡グラフ９０１が示されるが、ここでは、図１０の矢印９０２に代え、軌跡グラフ９０１の移行方向を示す参照情報がアイコン９８０として軌跡グラフ９０１と共に表示されている。したがって、処理部４２０は、このようなアイコン９８０を軌跡グラフ９０１と共に表示するための参照表示データを生成する。この場合、軌跡グラフ９０１上のＳ１，Ｓ３は、嚥下音における時間的に早い開始点８０５および時間的に遅い終了点８０６にそれぞれ対応する時間（図９参照）であり、また、Ｐ２は嚥下音の上限ピーク値に対応し、Ｎ１は、嚥下動作における甲状軟骨の挙上の移動の開始点、Ｎ２は、嚥下動作における甲状軟骨の後方への移動の開始点に対応する。あるいは、軌跡グラフ９０１の移行方向を矢印やアイコンで表示せず、軌跡グラフ９０１を動画（アニメーション）で表示することによって、その移行方向を把握できるようにしてもよい。
　なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。例えば、前述の実施の形態では、本発明が甲状軟骨の挙動に適用されているが、本発明は、甲状軟骨以外の生体部位の動作の検査にも適用できる。すなわち、本発明は、甲状軟骨（舌骨）と同様の動き（前後上下動）を成す身体部位であれば、喉頭部以外の部位の動きの解析にも適用できる。具体的には、所定の検出部によって検出される距離の変化を、複数方向の動きに分解して解析可能な身体部位であれば、本発明が適用できる。また、本発明の生体検査装置は、前述したように喉頭部変位検出部、嚥下音検出部および表示装置を有していなくてもよい。すなわち、生体検査装置と、喉頭部変位検出部、嚥下音検出部および表示装置とが別箇のシステムとして構成されていてもよい。また、本実施形態において説明した各装置による処理は、ソフトウェア、ハードウェアおよびソフトウェアとハードウェアとの組み合わせとのいずれにより実現されてもよい。ソフトウェアを構成するプログラムは、例えば、非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory
computer readable medium）に格納されてもよい。また、プログラムは、例えば、ネットワークを介して配信される等してもよい。さらに、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、前述した実施の形態の一部または全部を組み合わせてもよく、あるいは、前述した実施の形態のうちの１つから構成の一部が省かれてもよい。
　１００　生体検査装置
　１０２　送信コイル（喉頭部変位検出部）
　１０３　受診コイル（喉頭部変位検出部）
　１０６　マイクロフォン（嚥下音検出部）
　４２０　処理部
　４３０　表示部

Claims (12)

  1. 　嚥下時の甲状軟骨の上下方向および前後方向の挙動に伴って生じる被検者の喉頭部における２つの位置間の距離の変化を検出する喉頭部変位検出部と、
    　被検者が嚥下する際の嚥下音を検出する嚥下音検出部と、
    　前記喉頭部変位検出部および前記嚥下音検出部からの検出データを処理する処理部と、
    　を備え、
    　前記処理部は、
    　嚥下動作をモデル化したモデル関数を前記喉頭部変位検出部によって検出される前記検出データに基づく距離情報にフィッティングさせたフィッティング結果から、甲状軟骨の上下動に伴う上下動成分と、甲状軟骨の前後動に伴う前後動成分とを抽出し、これらの抽出された上下動成分および前後動成分に基づいて甲状軟骨の上下方向および前後方向の挙動を同時に１つの軌跡グラフで示す２次元または３次元の軌跡データを生成するとともに、
    　前記嚥下音検出部からの検出データに基づいて、嚥下時の甲状軟骨の上下前後の一連の移動経路において、甲状軟骨の挙上および前方への移動を伴う移動経路の往路、および、甲状軟骨の後方への移動および下降を伴う移動経路の復路のいずれに嚥下音のピークがあるのかを前記軌跡グラフ上で判別できるようにする識別表示データを生成する、
    　ことを特徴とする生体検査装置。
  2. 　前記処理部は、前記軌跡グラフの移行方向を示す参照情報を前記軌跡グラフと共に表示するための参照表示データを生成することを特徴とする請求項１に記載の生体検査装置。
  3. 　前記２次元の軌跡データは、互いに直交する２つの座標軸によって規定される座標平面上に示される座標データとして生成され、一方の座標軸が前記前後動成分の軌跡データ値に対応し、他方の座標軸が前記上下動成分の軌跡データ値に対応することを特徴とする請求項１または２に記載の生体検査装置。
  4. 　前記３次元の軌跡データは、互いに直交する３つの座標軸によって規定される座標空間内に示される座標データとして生成され、前記３つの座標軸は、前記前後動成分の軌跡データ値に対応する座標軸と、前記上下動成分の軌跡データ値に対応する座標軸と、嚥下動作時間を示す座標軸とを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の生体検査装置。
  5. 　前記処理部は、前記嚥下音検出部からの検出データに基づいて前記嚥下音の振幅の経時的な変化を示す嚥下音波形を生成するとともに、前記嚥下音波形と前記軌跡グラフとを時間的に対応付けて前記軌跡グラフ上の各軌跡データ値のプロットを嚥下音の振幅の大きさに応じて識別表示するための識別表示データを生成することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の生体検査装置。
  6. 　前記処理部は、前記フィッティング結果に関連付けられる所定の特徴点、前記嚥下音波形に関連付けられる所定の特徴点、および、前記軌跡グラフ上にプロットされる軌跡データ値の発生時間のうちの少なくとも１つを含む補足情報を前記軌跡グラフ上に重ねて表示するための補足表示データを生成することを特徴とする請求項５に記載の生体検査装置。
  7. 　前記処理部は、前記軌跡グラフから算出される所定の特徴量を示す参照情報を前記軌跡グラフと共に表示するための参照表示データを生成することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の生体検査装置。
  8. 　前記喉頭部変位検出部は、甲状軟骨を両側から挟み込むように配置されて高周波信号を送受信する発信コイルおよび受信コイルにより構成されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の生体検査装置。
  9. 　嚥下時の甲状軟骨の上下方向および前後方向の挙動に伴って生じる被検者の喉頭部における２つの位置間の距離の変化を生体情報として検出する喉頭部変位検出ステップと、
    　被検者が嚥下する際の嚥下音を生体情報として検出する嚥下音検出ステップと、
    　前記喉頭部変位検出ステップおよび前記嚥下音検出ステップで検出される検出データを処理する処理ステップと、
    　前記処理ステップで処理されたデータを表示する表示ステップと、
    　を含み、
    　前記処理ステップは、
    　嚥下動作をモデル化したモデル関数を前記喉頭部変位検出部によって検出される前記検出データに基づく距離情報にフィッティングさせたフィッティング結果から、甲状軟骨の上下動に伴う上下動成分と、甲状軟骨の前後動に伴う前後動成分とを抽出し、これらの抽出された上下動成分および前後動成分に基づいて甲状軟骨の上下方向および前後方向の挙動を同時に１つの軌跡グラフで示す２次元または３次元の軌跡データを生成するとともに、
    　前記嚥下音検出部からの検出データに基づいて、嚥下時の甲状軟骨の上下前後の一連の移動経路において、甲状軟骨の挙上および前方への移動を伴う移動経路の往路、および、甲状軟骨の後方への移動および下降を伴う移動経路の復路のいずれに嚥下音のピークがあるのかを前記軌跡グラフ上で判別できるようにする識別表示データを生成する、
    　ことを特徴とする生体情報分析方法。
  10. 　前記処理ステップは、前記軌跡グラフの移行方向を示す参照情報を前記軌跡グラフと共に表示するための参照表示データを生成することを特徴とする請求項９に記載の生体情報分析方法。
  11. 　嚥下時の甲状軟骨の上下方向および前後方向の挙動に伴って生じる被検者の喉頭部における２つの位置間の距離の変化を生体情報として検出する喉頭部変位検出ステップと、
    　被検者が嚥下する際の嚥下音を生体情報として検出する嚥下音検出ステップと、
    　前記喉頭部変位検出ステップおよび前記嚥下音検出ステップで検出される検出データを処理する処理ステップと、
    　前記処理ステップで処理されたデータを表示する表示ステップと、
    　をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムであって、
    　前記処理ステップは、
    　嚥下動作をモデル化したモデル関数を前記喉頭部変位検出部によって検出される前記検出データに基づく距離情報にフィッティングさせたフィッティング結果から、甲状軟骨の上下動に伴う上下動成分と、甲状軟骨の前後動に伴う前後動成分とを抽出し、これらの抽出された上下動成分および前後動成分に基づいて甲状軟骨の上下方向および前後方向の挙動を同時に１つの軌跡グラフで示す２次元または３次元の軌跡データを生成するとともに、
    　前記嚥下音検出部からの検出データに基づいて、嚥下時の甲状軟骨の上下前後の一連の移動経路において、甲状軟骨の挙上および前方への移動を伴う移動経路の往路、および、甲状軟骨の後方への移動および下降を伴う移動経路の復路のいずれに嚥下音のピークがあるのかを前記軌跡グラフ上で判別できるようにする識別表示データを生成する、
    　ことを特徴とするコンピュータプログラム。
  12. 　前記処理ステップは、前記軌跡グラフの移行方向を示す参照情報を前記軌跡グラフと共に表示するための参照表示データを生成することを特徴とする請求項１１に記載のコンピュータプログラム。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011251167A (ja) * 2009-09-30 2011-12-15 Mitsubishi Chemicals Corp 体動信号についての情報処理方法、体動信号についての情報処理システム、体動信号についての情報処理装置、プログラムを記録した記録媒体およびプログラム
JP2017051146A (ja) * 2015-09-10 2017-03-16 国立大学法人岩手大学 反芻動物の行動分析方法及び行動分析装置
JP2021112557A (ja) * 2019-11-15 2021-08-05 株式会社明治 嚥下シミュレーション装置及び嚥下シミュレーション方法
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Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011251167A (ja) * 2009-09-30 2011-12-15 Mitsubishi Chemicals Corp 体動信号についての情報処理方法、体動信号についての情報処理システム、体動信号についての情報処理装置、プログラムを記録した記録媒体およびプログラム
JP2017051146A (ja) * 2015-09-10 2017-03-16 国立大学法人岩手大学 反芻動物の行動分析方法及び行動分析装置
JP2021112557A (ja) * 2019-11-15 2021-08-05 株式会社明治 嚥下シミュレーション装置及び嚥下シミュレーション方法
JP2021176428A (ja) * 2020-05-08 2021-11-11 マクセル株式会社 生体検査装置および生体情報分析方法

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