生物体检查装置以及生物体信息分析方法与流程

1.本发明涉及用于进行与生物体的吞咽有关的检查的生物体检查装置以及用于分析伴随生物体的吞咽而得到的生物体信息的生物体信息分析方法。

背景技术：

2.作为主要的死因之一已知肺炎。其中，意味着关于吞咽(swallow)的障碍的吞咽障碍(dysphagia)引发的误咽性肺炎约占6成以上。
3.已知吞咽障碍的主要的原因疾病是脑卒中，在其急性期患者的8成中产生吞咽障碍。另外，还已知即使没有如脑卒中那样的明确的原因疾病，随着年龄增长而具有吞咽障碍的比例也增加，在高龄化社会中，预计今后误咽性肺炎以及吞咽障碍增加。
4.因此，以往，尝试用于诊断吞咽障碍的各种检查。例如，作为能够正确地评价以及掌握吞咽障碍的方法，一般已知吞咽造影(videofluoroscopic examination of swallowing：vf)。在该vf中，使用包含硫酸钡等造影剂的食块和x射线透视装置，监视被检者的吞咽时的食块的活动、舌骨/喉头部的行动。在该情况下，吞咽运动是一连串的较快的活动，所以一般记录成视频来评价。然而，vf是潜在地存在误咽、窒息等的可能性的检查，所以需要注意，另外，需要作为大型装置的x射线透视装置，所以还伴随被辐射、时间上的制约、高成本等问题。另外，还已知使用内窥镜来评价吞咽障碍的吞咽内窥镜检查(videoendoscopic examination of swallowing：ve)，但伴随与vf同样的问题。这样，如vf、ve那样的临床检查由于直接观察喉的活动而能够正确地诊断，但侵袭性高，而且需要预定的设备，所以也不是在任何地方都可以简单地进行。
5.相对于此，作为吞咽障碍的简便的检查方法，还已知触诊(反复唾液吞咽测试(rsst：repetitive saliva swallowing test))、听诊(颈部听诊法)、观察(饮水测试以及进食(feed)测试)、或者利用调查问卷的主观评价等筛选检查，但存在虽然能够作为日常的检查来实施但定量的评价困难且缺乏再现性及客观性这样的问题。
6.鉴于如以上的问题，近年来，提出了共享/记录吞咽状态的几个方法。例如，专利文献1公开了如下的装置：在颈部佩戴麦克风，将与听诊相当的声音数据保存为数字数据，通过波形解析检测吞咽。另外，专利文献2公开了如下的生物体检查装置：除了麦克风以外在颈部还佩戴磁线圈，除了声音数据以外将与触诊相当的吞咽时的甲状软骨的动作数据也保存为数字数据，进行与生物体的吞咽有关的检查及其结果显示。具体而言，该生物体检查装置通过以夹入甲状软骨的方式配设发送线圈和接收线圈，将附随于吞咽时的舌骨的上下前后的二维的行动而产生的甲状软骨部的左右方向的位移测量为线圈之间的距离信息。根据这样的检查方式，能够非侵袭地同时取得与触诊及听诊相当的距离信息及声音信息，由此，能够组合距离信息和声音信息来评价吞咽动作。
7.现有技术文献
8.专利文献
9.专利文献1：日本特开2013-017694号公报
10.专利文献2：日本特开2009-213592号公报

技术实现要素：

11.发明要解决的课题
12.不过，在上述专利文献2的生物体检查装置中，将距离信息和声音信息作为时间序列波形独立地显示。因此，吞咽状态的评价是通过关于时间上的变化的定时等来对比观察2个种类的波形、即、基于距离信息的动作波形和基于声音信息的吞咽音波形而做出的。然而，特别是基于距离信息的动作波形是隔着甲状软骨间接地观测舌骨的行动得到的结果，将甲状软骨的上下前后的二维的动作间接地当作左右的一维的动作，所以难以根据时间序列波形解释实际的吞咽动力学(dynamics)，检查者只能根据声音信息及距离信息的波形变化推测综合性的吞咽行动。在基于这样的2个独立的时间序列波形的显示的评价方式中，存在难以一眼掌握吞咽行动具体是怎样的问题。
13.本发明是鉴于前述情形而做出的，其目的在于提供一种使得能够通过非侵袭的检查将伴随吞咽音的甲状软骨及舌骨的上下前后的二维的动作一眼掌握为吞咽动力学的生物体检查装置以及生物体信息分析方法。
14.用于解决课题的手段
15.为了解决前述课题，本发明的生物体检查装置的特征在于，
16.具备处理部，该处理部处理来自喉头部位移检测部的检测数据，该喉头部位移检测部检测伴随吞咽时的甲状软骨的上下方向以及前后方向的行动而产生的被检者的喉头部中的2个位置之间的距离的变化，
17.所述处理部从使对吞咽动作进行模型化得到的模型函数与基于由所述喉头部位移检测部检测到的所述检测数据的距离信息拟合得到的拟合结果提取与甲状软骨的上下活动相伴的上下活动分量和与甲状软骨的前后活动相伴的前后活动分量，根据这些提取到的上下活动分量以及前后活动分量，生成表示甲状软骨的上下方向以及前后方向的行动轨迹的二维轨迹数据。
18.本发明人关于基于所述检测数据的距离信息、即、在图11中作为一个例子示出的表示伴随吞咽时的甲状软骨的上下方向以及前后方向的行动而产生的被检者的喉头部中的2个位置之间的距离的随时间的变化的w型的距离波形701(横轴表示时间，纵轴表示所述2个位置之间的距离)，认识到起因于甲状软骨的锤状形状而甲状软骨以及舌骨的二维动作(前后动作以及上下动作)嵌入于一维(左右)空间，将距离波形701中的分量的捕捉方式修改为与以往不同的独立的捕捉方式，由此，发现能够将伴随吞咽音的甲状软骨以及舌骨的上下前后的二维的动作一眼掌握为吞咽动力学的以往没有的划时代的信息提示方式。具体而言，在距离波形701中，在甲状软骨的从上升到下降的一连串的行动中产生下凸的波形分量，另一方面，在甲状软骨的从前进到后退的一连串的行动中产生上凸的波形分量，本发明人发现如下的生物体信息分析方式：与将w型的该距离波形701如图11的(a)所示捕捉为下凸的波形710a、上凸的波形720以及下凸的波形710b的组合的以往方式不同，如图11的(b)所示捕捉为缓和的下凸的波形710和尖锐的上凸的波形720的重叠，得到使对吞咽动作进行模型化得到的模型函数与距离波形701拟合后的拟合结果，并且从该拟合结果提取与对应于上凸的波形720的甲状软骨的前后活动相伴的前后活动分量以及与对应于下凸的波形
710的甲状软骨的上下活动相伴的上下活动分量，根据这些提取到的上下活动分量以及前后活动分量，生成表示甲状软骨的上下方向以及前后方向的行动轨迹的二维轨迹数据。
19.根据本发明的上述结构，使对吞咽动作进行模型化得到的模型函数与基于由喉头部位移检测部检测到的检测数据的距离信息拟合而得到拟合结果，所以能够非侵袭地二维地再现甲状软骨(舌骨)的动作(进行吞咽动作的建模)，并且从拟合结果提取与吞咽时的甲状软骨的所有动作方向相关联的行动分量、即、与上下方向以及前后方向的活动分别对应的2个前后活动分量以及上下活动分量，根据这2个分量生成表示甲状软骨的上下方向以及前后方向的行动轨迹的二维轨迹数据，所以还能够无需如前述专利文献2那样进行综合性的吞咽行动的推测而将甲状软骨(舌骨)的上下前后的二维的动作一眼掌握为吞咽动力学(一眼掌握吞咽行动具体是怎样的)。即，根据本发明，能够通过吞咽动作的建模以及分量分解来进行吞咽动力学的可视化，其结果，无需熟练而能够容易地进行吞咽障碍的评价。
20.此外，在上述结构中，喉头部位移检测部只要能够检测伴随吞咽时的甲状软骨的上下方向以及前后方向的行动而产生的被检者的喉头部中的2个位置之间的距离的变化，则也可以采用任意的检测方式。例如，喉头部位移检测部既可以由以从两侧夹入甲状软骨的方式配置而发送接收高频信号的发送线圈以及接收线圈构成，或者也可以通过利用立体相机等三维地拍摄喉头部(甲状软骨)并解析其图像数据来检测所述距离的变化。
21.另外，在上述结构中，处理部也可以根据上下活动分量以及前后活动分量，生成分别地表示甲状软骨的上下方向以及前后方向各自的随时间的行动轨迹的二维轨迹数据。由此，既能够分别地掌握甲状软骨的上下活动以及前后活动的轨迹，也能够对吞咽动作的细致的分析做出贡献。
22.另外，在上述结构中，处理部也可以根据上下活动分量以及前后活动分量，生成在1个轨迹图形中同时表示甲状软骨的上下方向以及前后方向的行动的二维轨迹数据。由此，能够将由2个物理信息(甲状软骨的上下活动信息以及前后活动信息)构成的吞咽动力学整合为1个轨迹图形而进行可视化，使得能够一眼掌握甲状软骨(舌骨)的上下前后的二维的动作。在该情况下，二维轨迹数据优选被生成为在由相互正交的2个坐标轴规定的坐标平面上示出的坐标数据，一方的坐标轴与前后活动分量的轨迹数据值对应，另一方的坐标轴与上下活动分量的轨迹数据值对应。实际上，由本发明人确认了基于这样的轨迹数据值的显示方式与基于吞咽造影检查(vf)的舌骨运动等吞咽动态解析中的舌骨的运动轨迹大致对应。
23.另外，在上述结构中，也可以生物体检查装置还具备检测被检者吞咽时的吞咽音的吞咽音检测部，处理部根据由吞咽音检测部检测到的检测数据生成表示吞咽音的振幅的随时间的变化的吞咽音波形，并且生成用于将吞咽音波形和轨迹图形在时间上对应起来地根据吞咽音的振幅的大小对轨迹图形上的各轨迹数据值的绘图进行识别显示的识别显示数据。
24.由此，能够根据从喉头部位移检测部以及吞咽音检测部得到的2个物理信息(距离信息以及声音信息)将喉头部的行动和吞咽音的变化整合为1个轨迹图形而进行可视化，所以使得非侵袭地一眼获知吞咽动作和吞咽音的定时等吞咽动力学。另外，除此以外，根据吞咽音的振幅的大小对轨迹图形上的各轨迹数据值的绘图进行识别显示，所以能够在视觉上一眼获知在什么定时发出吞咽音，能够一眼判别入口的物质在什么定时从食道被送入到胃
中。
25.此外，在上述结构中，“识别显示”是指，只要是根据吞咽音的振幅的大小对各轨迹数据值的绘图进行分显示、根据吞咽音的振幅的大小改变各轨迹数据值的绘图(标志)的大小或者形状等能够识别吞咽音的振幅不同的轨迹数据值彼此的显示方式，则可以是任意的显示方式。
26.另外，在上述结构中，处理部也可以生成用于将包括与拟合结果关联起来的预定的特征点、与吞咽音波形关联起来的预定的特征点以及在轨迹图形上绘制的轨迹数据值的发生时间的补充信息在轨迹图形上重叠显示的补充显示数据。由此，能够通过与喉头部的行动和吞咽音的变化相关联的补充信息来补充轨迹图形显示，能够增加从轨迹图形读取的信息量。因此，能够更正确地并且迅速地进行吞咽障碍的评价。此外，作为“特征点”，包括拟合结果(例如拟合得到的动作波形)以及吞咽音波形或者与其相关联的波形的上限峰值以及下限峰值，还能够举出波形中的特异点、拐点等。
27.另外，在上述结构中，处理部也可以生成用于将包括轨迹图形的转移方向和根据轨迹图形计算的预定的特征量的参照信息与轨迹图形一起显示的参照显示数据。由此，能够将仅从轨迹图形难以掌握的信息与轨迹图形一起附加地显示，能够提高轨迹图形的理解度，并且能够对正确并且迅速的吞咽障碍评价做出贡献。此外，作为“特征量”，例如，能够举出甲状软骨的前后方向的位移的最大量、上下方向的位移的最大量、所述动作波形和所述吞咽音波形分别取最大值的时间的时间差、所述时间差相对于甲状软骨的前后方向的位移的方差值的比例等。
28.另外，本发明还提供具有前述特征的生物体信息分析方法。根据这样的生物体信息分析方法，能够得到与前述生物体检查装置同样的作用效果。
29.发明的效果
30.根据本发明，从使对吞咽动作进行模型化得到的模型函数与基于由喉头部位移检测部检测到的检测数据的距离信息拟合得到的结果提取与甲状软骨的上下活动相伴的上下活动分量和与甲状软骨的前后活动相伴的前后活动分量，根据这些提取的上下活动分量以及前后活动分量，生成表示甲状软骨的上下方向以及前后方向的行动轨迹的二维轨迹数据，所以能够通过非侵袭的检查，将伴随吞咽音的甲状软骨以及舌骨的上下前后的二维的动作一眼掌握为吞咽动力学。
附图说明
31.图1是本发明的一个实施方式所涉及的生物体检查装置的功能框图。
32.图2是保持图1的生物体检查装置的喉头部位移检测部的柔性保持器具的概略立体图。
33.图3是图1的生物体检查装置的计算机的功能框图。
34.图4是示出图3的计算机的处理部的动作解析部的处理的流程的流程图。
35.图5是示出图3的计算机的处理部的声音解析部的处理的流程的流程图。
36.图6是示出图3的计算机的处理部的分析部的处理的流程的流程图。
37.图7是基于由图1的生物体检查装置的喉头部位移检测部检测到的典型的距离信息的距离波形图。
38.图8的(a)是基于由图1的生物体检查装置的喉头部位移检测部检测到的检测数据的距离信息以及从该距离信息得到的拟合后的动作波形(拟合波形)，(b)是分别地示出甲状软骨的上下方向以及前后方向各自的随时间的行动轨迹的分量波形。
39.图9是包括基于由图1的生物体检查装置的吞咽音检测部检测到的典型的声音信息的包络线的吞咽音波形图。
40.图10示出根据由图1的生物体检查装置的处理部得到的二维轨迹数据显示的轨迹图形的一个例子。
41.图11的(a)是示出距离波形中的分量的以往的捕捉方式的波形图，(b)是示出距离波形中的分量的本发明的捕捉方式的波形图。
具体实施方式
42.以下，参照附图来说明本发明的一个实施方式。
43.图1是示出本发明的一个实施方式所涉及的生物体检查装置100的结构例的功能框图。如图所示，生物体检查装置100具有：作为喉头部位移检测部的发送线圈102以及接收线圈103，该喉头部位移检测部检测伴随被检体(被检者)101的吞咽时的甲状软骨(俗称：喉结)的上下方向以及前后方向的行动而产生的被检体101的喉头部(甲状软骨的周围的生物体部位)中的2个位置之间的距离的变化；以及作为吞咽音检测部的麦克风106，该吞咽音检测部检测被检体101吞咽时的吞咽音，这些线圈102、103以及麦克风106保持于与图2相关联地后述的柔性保持器具113。
44.发送线圈102以及接收线圈103以从两侧夹入甲状软骨的方式相互相向地配置，发送线圈102与发送机104连接，并且接收线圈103与接收机105连接。另外，麦克风106配置于被检体101的甲状软骨附近，与检测在吞咽时由麦克风106捕捉的吞咽音的检测用电路107电连接，并且从检测用电路107接受电源供给等而进行动作。此外，麦克风106优选为以极力不拾取吞咽音以外的周围声音的方式例如使用了压力元件(压电元件)的麦克风，但也可以是电容型麦克风等。
45.另外，生物体检查装置100还具有控制装置108、计算机109、显示装置110、外部存储装置111以及输入装置112。控制装置108控制发送机104、接收机105、检测用电路107、计算机109以及外部存储装置111的动作，控制电源供给、信号的发送接收定时等。另外，计算机109是具备cpu、存储器、内部存储装置等的信息处理装置，进行各种运算处理。计算机109进行的控制、运算通过cpu执行预定的程序来实现。不过，运算的一部分还能够通过asic(application specific integrated circuit，专用集成电路)、fpga(field programable gate array，现场可编程门阵列)等硬件实现。此外，该计算机109电连接到显示装置110、外部存储装置111以及输入装置112。
46.另外，显示装置110是通过显示器显示测量波形、计算机109的解析信息的接口。此外，关于特定的功能，也可以通过led、声音等报告。另外，外部存储装置111与所述内部存储装置一起，保持在计算机109执行的各种运算处理中使用的数据、通过运算处理得到的数据、经由输入装置112输入的条件、参数等。另外，输入装置112是用于操作人员输入在本实施方式中实施的测量、运算处理所需的条件等的接口。
47.在这样的结构中，通过将由发送机104生成的高频信号发送给发送线圈102而从发
送线圈102照射高频磁场，通过接收机105接受与其相伴地由接收线圈103接收的信号。另外，由接收机105接受的信号作为线圈间电压的输出电压测量值被送给计算机109。另一方面，通过检测用电路107检测由麦克风106捕捉的吞咽音并变换为电压信号，从该检测用电路107作为输出电压测量值输入给计算机109。
48.在图2中，示出保持发送接收线圈102、103以及麦克风106的柔性保持器具113。该柔性保持器具113由各种树脂等任意的柔性材料形成，如图所示，由利用其开放端佩戴到被检体101的头部的大致环状的头部佩戴部件202和在该头部佩戴部件202的内侧以沿着大致相同的圆弧的方式设置的一对圆弧状的传感器保持部件203a、203b构成，头部佩戴部件202在其内侧以分别在两侧保持一对传感器保持部件203a、203b的一端的方式一体结合，并且传感器保持部件203a、203b的另一端之间开放地位于被检体101的喉头部附近。此外，在一对传感器保持部件203a、203b各自的另一端配置传感器部204a、204b，这些传感器部204a、204b抵接到被检体101的喉头部，并且能够与不接触被检体101的头部地设置的各传感器保持部件203a、203b一起与头部佩戴部件202独立地追踪吞咽的活动(甲状软骨等的活动)。
49.在传感器部204a、204b的一方的内部以固定状态配设有发送线圈102，在另一方的内部以固定状态配设有接收线圈103，并且在传感器部204a、204b中的任意一个的内部以固定状态配设有麦克风106。特别，在本实施方式中，发送线圈102以及接收线圈103以按照易于相互相向(接近被检体101的头部表面的铅直方向)的朝向配置的方式安装到传感器部204a、204b，由此，能够实现信号对噪声(sn)比高的检测。因此，能够将麦克风106和发送线圈102或者接收线圈103配置到大致正交的位置，能够降低从麦克风106产生的磁场噪声混入到发送线圈102和/或接收线圈103。不过，关于发送线圈102以及接收线圈103的对应的位置、与麦克风的正交的位置，不限定于记载的配置，只要是能够实现sn比充分高的检测的位置即可。
50.另外，在形成头部佩戴部件202的开放端的相向的末端部(位于被检体101的头部的背侧的头部佩戴部件202的部位)，以圆筒状或者球状等适合于按压的形状形成有抵接到被检体101的头部的按压部205a、205b。通过由这2个按压部205a、205b和设置于传感器保持部件203a、203b的另一端的上述2个传感器部204a、204b构成的4个部位的按压点，能够与被检体101的头部的大小无关地容易地将柔性保持器具113佩戴到头部。此外，从内置于传感器部204a、204b的发送线圈102、接收线圈103以及麦克风106延伸的电气布线201a、201b与图1所示的发送机104、接收机105以及检测用电路107分别电连接。
51.在图3中，示出计算机109的功能框图。如图所示，计算机109具备吞咽测量部410、处理部420以及显示部430。吞咽测量部410使用与图1相关联地说明的发送线圈102、接收线圈103、发送机104、接收机105、麦克风106、检测用电路107以及控制装置108测量吞咽动作以及吞咽音(喉头部位移检测步骤以及吞咽音检测步骤)。另外，处理部420具有解析距离信息的动作解析部421、解析作为声音信息的吞咽音的声音解析部422以及组合距离信息和吞咽音而进行分析的分析部423，利用它们来处理由吞咽测量部410测量到的数据(处理步骤)。具体而言，处理部420如后所述得到使对吞咽动作进行模型化得到的模型函数(在本实施方式中为后述式(1))与基于由发送线圈102、接收线圈103检测到的检测数据的距离信息(在本实施方式中为表示以在中间夹入被检体101的甲状软骨的方式配置的线圈102、103之间的距离的随时间的变化的数据(后述图7所示的距离波形701))拟合后的拟合结果(在本
实施方式中为后述图8的(a)所示的拟合后的波形1103)，并且从该拟合结果提取与甲状软骨的前后活动相伴的前后活动分量(在本实施方式中为后述图8的(b)所示的前后活动分量波形1105或者形成其的数据值)和与甲状软骨的上下活动相伴的上下活动分量(在本实施方式中为后述图8的(b)所示的上下活动分量波形1106或者形成其的数据值)，根据这些提取到的上下活动分量以及前后活动分量，生成表示甲状软骨的上下方向以及前后方向的行动轨迹的二维轨迹数据(在本实施方式中为用于形成后述图10所示的轨迹图形901的数据)。另外，处理部420如后所述根据由麦克风106检测到的检测数据生成表示吞咽音的振幅的随时间的变化的吞咽音波形(在本实施方式中为后述图9所示的吞咽音波形801)，并且生成用于将吞咽音波形和轨迹图形在时间上对应起来地根据吞咽音的振幅的大小对轨迹图形上的各轨迹数据值的绘图进行识别显示的识别显示数据。另外，显示部430将由吞咽测量部410以及处理部420测量以及处理得到的信息(数据)显示于显示装置110(显示步骤)。此外，吞咽测量部410、处理部420以及显示部430独立地动作。
52.在图4中，示出图3的计算机109的处理部420的动作解析部421的处理的流程。动作解析部421处理由发送线圈102、接收线圈103检测到的检测数据，具体而言，首先，最初在步骤s501中，对由吞咽测量部410测量到的数据实施平滑化。特别，在本实施方式中，使用基于savitzky-golay滤波器的分段多项式近似来实施平滑化。该情况下的平滑化通过将窗数以及多项式的次数例如分别设定为5、51等来实施。此外，平滑化的手法例如也可以是单纯移动平均等，本发明不限定于此。
53.接着，在步骤s502中，对在步骤s501中平滑化后的测量信号进行拟合。与其相关联地，在图7中，示出表示作为被检体101的喉头部中的2个位置之间的距离的发送线圈102、接收线圈103之间的距离的随时间的变化的距离波形701的典型例。测量到的这样的距离波形701是一维(左右)地观测甲状软骨(舌骨)的二维动作(前后活动以及上下活动)得到的结果，甲状软骨成为锤状的形状，所以如图所示呈现w型的波形形状。具体而言，从被检体101开始将食块放入口中并咽下的吞咽的开始点(时间t0)702起随着食块被送入到食道而甲状软骨举起，由此，发送线圈102、接收线圈103之间的距离从d0变窄到d1，距离波形701到达第1波谷部(第1下限峰值；时间t1)703。此外，在该食块送入过程中，被检体101的喉头盖向下方移动而从鼻腔向气道的路径被堵塞。之后，在食块通过食道时，为了将食道开放，甲状软骨向前方(被检体的脸朝向的方向)移动，由此，发送线圈102、接收线圈103之间的距离从d1扩大到d2，距离波形701从第1波谷部703转移到波峰部(上限峰值；时间t2)704。然后，在食块完全通过食道(喉头盖)被送入胃后，伴随喉头盖向上方移动，甲状软骨也向后方移动，由此，发送线圈102、接收线圈103之间的距离从d2变窄到d3，距离波形701从波峰部704转移到第2波谷部(第2下限峰值；时间t3)705。之后，喉头盖以及甲状软骨为了返回到原来的位置，甲状软骨下降，由此，发送线圈102、接收线圈103之间的距离从d3扩大到d4，距离波形701从第2波谷部705转移到结束点(时间t4)706。
54.从以上可知，在这样的距离波形701中，在甲状软骨的从上升向下降的一连串的行动中，产生下凸的波形分量，另一方面，在甲状软骨的从前进向后退的一连串的行动中，产生上凸的波形分量。因此，据此，在本实施方式中，如在图7中以短虚线及长虚线区分地示出的那样，将w型的距离波形701捕捉为缓和的下凸的波形710(与图8的(b)所示的上下活动分量波形1106对应)和尖锐的上凸的波形720(与图8的(b)所示的前后活动分量波形1105对
应)的重叠，如以下的式(1)所示进行模型化。
55.[式1]
[0056]
y(t)＝rap(t)+rhf(t)+d(t)+e...(1)
[0057]
在此，t表示时间，y(t)表示测量到的距离波形，rap(t)表示前后方向的分量，rhf(t)表示上下方向的分量，d(t)表示由体动等(例如由于头部的粗细等个体差异而产生的从初始值的偏离)产生的趋势(trend)分量，e表示测量噪声。
[0058]
另外，在本实施方式中，用正态分布对前后方向以及上下方向的分量rap、rhf进行模拟化，用一次方程式对趋势分量d(t)进行模型化，但这些模型也可以是自回归模型、非线性模型，本发明不限定于此。另外，在本实施方式的这样的建模中，通过使用数理最优化手法进行参数拟合来求出各分量。此外，在本实施方式中，使用非线性最小二乘法来实施参数拟合，但本发明不限定于此。另外，在进行参数拟合时，例如，也可以设置rap的方差值比rhf的方差值小这样的制约。
[0059]
图8的(a)示出拟合使用了这样的正态分布的模型函数(式(1))得到的结果。在图中，由以点表示的数据值形成的波形1102与图7所示的距离波形701对应，另外，以实线表示的波形1103是使模型函数与形成波形1102的距离信息拟合得到的动作波形(拟合波形)。在此，横轴是时间，纵轴是基于图7所示的线圈之间的距离的标准化后的振幅。
[0060]
在如以上的信号拟合步骤s502结束后，接下来，在步骤s503中，从拟合后的模型函数提取参数。在本实施方式中，分别用独立的正态分布对甲状软骨的前后方向以及上下方向的行动进行了模型化，所以在该步骤s503中，提取这些行动各自的“振幅”、“均值”、“方差”。此外，“振幅”与甲状软骨的动作的大小对应，“均值”与发生动作的时间对应，“方差”与动作的持续时间对应。
[0061]
与其相关联地，在图8的(b)中，示出从图8的(a)所示的动作波形(拟合波形)1103分别地仅提取甲状软骨的前后方向以及上下方向的分量而显示的波形(上凸的前后活动分量波形1105以及下凸的上下活动分量波形1106)。这样，包括本实施方式的生物体检查装置100的动作解析部421的处理部420能够根据上下活动分量以及前后活动分量，生成分别地表示甲状软骨的上下方向以及前后方向各自的随时间的行动轨迹的二维轨迹数据。
[0062]
在这样的分量提取步骤s503结束后，接下来，在步骤s504中，从使用在步骤s503中提取的参数再构筑的波形提取w型波形的特征点、即、与图7的距离波形701上的峰值点等702～706(d0～d4以及t0～t4的数据值)对应的特征点。具体而言，在本实施方式中，如式(1)所示对测量信号进行模型化并进行分量分离，所以无需加入噪声以及趋势分量而简便地提取特征点。更具体而言，作为一个例子，取得t2作为rap的均值，分别取得t1以及t3作为表示t2的前后的最小值的时间，分别取得t0以及t4作为从rhf的均值向负的方向以及正前进方差值量后的点的时间。此外，作为与时间t0～t4对应的值分别取得d0～d4。
[0063]
在这样的峰值检测步骤s504结束后，接下来，在步骤s505中，在前述各步骤s501～s504中计算出的波形、参数、特征点等被保存到计算机109的内部存储装置和/或外部存储装置111。此外，以上的各步骤s501～s505也可以在由吞咽测量部410测量吞咽动作以及吞咽音的过程中实施，另外，也可以实施多次。
[0064]
在图5中，示出图3的计算机109的处理部420的声音解析部422的处理的流程。如图所示，在步骤s601中，对从麦克风106通过吞咽测量部410测量到的声音信息(一般为包括正
负两方的值的声音信号)实施整流处理。在此，整流处理是指取绝对值而将负的值变换为正的值的处理。在图9中，示出对典型的声音信息进行整流处理而成的吞咽音波形801。
[0065]
在步骤s602中，对在步骤s601中得到的整流处理后的信号进行对数变换。通过该处理，能够降低混入到吞咽音中的尖钉状的信号的影响。
[0066]
在步骤s603中，对在步骤s602中得到的对数变换后的信号实施平滑化。特别，在本实施方式中，使用移动平均来进行平滑化处理，移动平均的窗宽被设定为400点。此外，本发明不限定于该平滑化手法。
[0067]
在步骤s604中，对在步骤s603中得到的平滑化信号实施指数变换。由此，能够得到表示当初的测量到的声音信息的包络线的波形。在图9中，用虚线表示从这样的典型的声音信息(吞咽音波形801)得到的包络线802。
[0068]
在步骤s605中，对在步骤s604中得到的包络线信号进行重采样。具体而言，在本实施方式中，图3所示的吞咽测量部410中的声音信息以及距离信息的采样频率分别是4000hz以及100hz，所以进行对包络线信号按照1/40重采样而使其与距离信息的采样频率一致的处理。
[0069]
在步骤s606中，关于在步骤s605中得到的重采样后的包络线信号，求出作为特征点的最大值。其原因为，认为在吞咽音信号(吞咽音波形801)中得到最大振幅的区间表示摄取物的流动，是吞咽音的重要的特征。因此，在该步骤606中，关于图9所示的包络线802，取得与表示最大振幅的峰值点803对应的时间s2。
[0070]
在步骤s607中，求出在步骤s605中得到的重采样后的包络线信号的吞咽音区间。即，在包络线802中，为了得到产生吞咽音的时间区间ts，取得吞咽音区间的两端的时间。具体而言，设定在图9中用单点划线表示的振幅阈值804，并且取得与在从在步骤s606中求出的最大值(峰值点803)观察时在下方横切阈值804的点、即、在时间上早的开始点805以及在时间上晚的结束点806分别对应的时间s1、s3作为特征点。另外，在本实施方式中，作为阈值804，使用对中央值加上标准化中央绝对偏差得到的值。此外，本发明不限定于阈值804的设定方法，也可以使用对均值加上标准差得到的值等。
[0071]
最后，在步骤s608中，在前述各步骤s601～s607中计算出的波形以及特征量等被保存到计算机109的内部存储装置和/或外部存储装置111。此外，以上的各步骤s601～s608也可以在由吞咽测量部410测量吞咽动作以及吞咽音的过程中实施，另外，也可以实施多次。
[0072]
在图6中，示出图3的计算机109的处理部420的分析部423的处理的流程。如图所示，在步骤s1001中，计算作为拟合后的波形的动作波形1103(或者距离波形701)的前后方向以及上下方向的最大位移(最大值)。
[0073]
在步骤s1002中，计算参照图10在以下详细说明的前述的轨迹图形901上的各点的带符号的曲率。在该步骤s1002中，提取轨迹图形901的时间进展方向(转移方向)，为了提取出取所述最大位移的点，计算轨迹图形901上的各点处的带符号的曲率。
[0074]
在步骤s1003中，在步骤s1002中得到的带符号的曲率中取得符号。具体而言，在轨迹图形901中，在距其坐标原点最远的点处曲率的振幅变得最大，所以在计算出轨迹图形901上的各点的曲率之后取得取最大的曲率的点的符号。作为坐标系，以逆时针为正、顺时针为负这样的方式决定符号，从而唯一地求出时间进展方向。此外，决定符号的正负的因素
是前后方向的分量rap以及上下方向分量rhf的均值的大小，在时间进展方向为逆时针的后述的图10的轨迹图形901中，表示前后方向的位移的均值(即，取最大值的时间)比上下方向的位移的均值早。
[0075]
在步骤s1004中，取得得到在步骤s1002中计算出的带符号的曲率的最大值的点距坐标原点的几何距离。在轨迹图形901中，在距坐标原点最远的点处曲率的振幅变得最大，所以计算从曲率的振幅变得最大的点至坐标原点的几何距离。由此，能够取得在合成甲状软骨的上下方向以及前后方向的分量时位移最大的时间点(时间)。
[0076]
在步骤s1005中，取得取声音信息的最大值的时间与取距离信息的前后方向的最大值的时间的时间差。其原因为，特别，取最大值的时间差是在对吞咽状态附加特征方面重要的参数。在本实施方式中，如从后述的轨迹图形901的显示方式也可知，该参数不仅能够在视觉上掌握，而且还能够显示为定量值。此外，本发明不限定于这些定量值，例如，也可以将由轨迹图形包围的区域的面积显示为特征量等。
[0077]
在步骤s1006中，取得在步骤s1005中得到的时间差的以表示距离信息的前后方向的分量的模型(图8的(b)所示的前后活动分量波形1105)的方差值为基准的比例(时间差相对于方差值的比例)。在健康者模型中在甲状软骨前进的定时发生吞咽音，所以在该步骤s1006中，为了显示在个人内存在何种程度的吞咽音发生偏移而计算所述比例。
[0078]
最后，在步骤s1007中，在上述各步骤s1001～s1006中计算出的波形以及特征量等被保存到计算机109的内部存储装置和/或外部存储装置111。此外，以上的各步骤s1001～s1007也可以在由吞咽测量部410测量吞咽动作以及吞咽音的过程中实施，另外，也可以实施多次。
[0079]
根据如以上的处理步骤，处理部420进而根据上述上下活动分量以及前后活动分量，生成在1个轨迹图形901(参照图10)中同时表示甲状软骨的上下方向以及前后方向的行动的二维轨迹数据。具体而言，将这样的二维轨迹数据生成为在由相互正交的2个坐标轴规定的坐标平面上示出的坐标数据，一方的坐标轴与前后活动分量的轨迹数据值对应，另一方的坐标轴与上下活动分量的轨迹数据值对应。更具体而言，如图10所示，根据由前述动作解析部421进行的信号拟合(图4的步骤s502)以及分量提取(图4的步骤s503)，将前述上下活动分量波形1106上的数据值和前后活动分量波形1105上的数据值在时间上对应起来，将横轴绘制为前后活动分量的轨迹数据值(前后方向的位移；前后活动分量波形1105中的标准化后的振幅)，将纵轴绘制为上下活动分量的轨迹数据值(上下方向的位移；上下活动分量波形1106中的标准化后的振幅)。即，横轴表示具有在图4的步骤s503中针对式(1)的rap提取出的参数的正态分布的值，纵轴表示具有针对式(1)的rhf提取出的参数的正态分布的值。
[0080]
图10所示的这样的轨迹图形901经由计算机109的显示部430显示于显示装置110，但特别在本实施方式中，轨迹图形901上的各轨迹数据值的绘图根据吞咽音的振幅的大小而被识别显示，例如被分显示。为了实现这样的识别显示，处理部420根据如前所述通过麦克风106检测到的检测数据生成表示吞咽音的振幅的随时间的变化的吞咽音波形801以及包络线802，并且生成用于将吞咽音波形801或者包络线802和轨迹图形901在时间上对应起来地根据吞咽音的振幅的大小对轨迹图形901上的各轨迹数据值的绘图进行识别显示的识别显示数据。另外，在与这样的识别显示相关联地分显示的本实施方式中，表示伴随沿
着纵轴的吞咽音振幅值的大小而颜如何变化的参照用的条带图形909与轨迹图形901邻接地显示。例如，在此，形成如吞咽音的振幅变得越大则越带黄并且振幅变得越小则越带蓝的识别显示方式。或者，也可以是如以黑白进行分并且振幅变得越大则使颜越淡的识别显示方式。此外，识别显示方式不限于此，只要是根据吞咽音的振幅的大小来改变各轨迹数据值的绘图(标记)的大小或者形状等能够识别吞咽音的振幅不同的轨迹数据值彼此的显示方式，则可以是任意的显示方式。
[0081]
将轨迹数据值绘制为时间序列的散布图得到的这样的轨迹图形901是用2个坐标轴分离地显示甲状软骨的前后方向以及上下方向的行动的图形，能够一眼掌握吞咽中的甲状软骨的行动。另外，通过这样除了使吞咽动作的行动显示于1个轨迹图形901以外使吞咽音信息的特征也显示于1个轨迹图形901，不仅能够在视觉上确认吞咽音相对于甲状软骨的行动在哪个时间点发生，能够定量地掌握吞咽动作，也能够一眼掌握吞咽音从正常的状态的偏移、吞咽音的功率。
[0082]
另外，在该轨迹图形901中，附加地显示各种辅助性的信息。为了该目的，在本实施方式中，处理部420生成用于将包括与动作波形1103(或者距离波形701)关联起来的预定的特征点、与吞咽音波形801(或者包络线802)关联起来的预定的特征点以及在轨迹图形901上绘制的轨迹数据值的发生时间的补充信息在轨迹图形901上重叠显示的补充显示数据，并且还生成用于将包括轨迹图形901的转移方向和根据轨迹图形901计算出的预定的特征量的参照信息与轨迹图形901一起显示的参照显示数据。
[0083]
具体而言，关于这样的辅助性的显示，在图10中，902是表示轨迹向哪个方向进展(轨迹图形901的转移方向)的箭头。在本实施方式中，表示轨迹从坐标原点开始按照逆时针旋转后返回到坐标原点。另外，903表示根据轨迹图形901计算出的特征量。具体而言，前后方向的位移的最大量、上下方向的位移的最大量、由904表示的距坐标原点的最大位移、动作信息和声音信息分别取最大值的时间的时间差(σ)以及以前后方向的位移(rap)的方差值为基准的所述时间差的比例被分别表示为特征量。这些信息通过由前述分析部423进行的处理而得到。此外，作为该特征量的显示的方式，也可以并非如本实施方式那样在比轨迹图形901的坐标区域更上侧显示，而是在轨迹图形901的坐标区域中显示或者在其他图中显示，本发明不限定于此。
[0084]
另外，在图10中，905表示在轨迹图形901上绘制的轨迹数据值的发生时间，在本实施方式中每隔0.1秒显示。另外，906表示通过图4的步骤s504求出的距离信息中的峰值点。另外，907表示通过图5的步骤s606求出的取声音信息的最大值的时间点。通过该显示，能够在图中确认表示声音信息的最大值的时间点与表示距离信息中的甲状软骨的前后方向的分量的最大值的时间点的时间上的偏移。另外，908表示通过图5的步骤s607求出的声音信息的开始点805以及结束点806(参照图9)。
[0085]
如以上说明，根据本实施方式，使对吞咽动作进行模型化得到的模型函数与基于由发送线圈102、接收线圈103检测到的检测数据的距离信息拟合而得到拟合结果，所以能够非侵袭地二维地再现甲状软骨(舌骨)的动作(进行吞咽动作的建模)，并且从拟合结果提取与吞咽时的甲状软骨的所有动作方向相关联的行动分量、即、与上下方向以及前后方向的活动分别对应的2个前后活动分量以及上下活动分量，根据这2个分量生成表示甲状软骨的上下方向以及前后方向的行动轨迹的二维轨迹数据，所以还能够无需综合性的吞咽行动
的推测而将甲状软骨(舌骨)的上下前后的二维的动作一眼掌握为吞咽动力学。
[0086]
此外，本发明不限于上述实施方式，能够在不脱离其要旨的范围内进行各种变形而实施。例如，在上述实施方式中，将本发明应用于甲状软骨的行动，但本发明还能够应用于甲状软骨以外的生物体部位的动作的检查。即，只要是完成与甲状软骨(舌骨)同样的活动(前后上下活动)的身体部位，则本发明还能够应用于喉头部以外的部位的活动的解析。具体而言，只要是能够将由预定的检测部检测到的距离的变化分解为多个方向的活动进行解析的身体部位，则能够应用本发明。另外，本发明的生物体检查装置也可以并非如前所述具有喉头部位移检测部、吞咽音检测部以及显示装置。即，也可以将生物体检查装置和喉头部位移检测部、吞咽音检测部以及显示装置构成为独立的系统。另外，也可以在不脱离本发明的要旨的范围内组合前述实施方式的一部分或者全部，或者还可以从上述实施方式中的1个中省略结构的一部分。
[0087]
符号说明
[0088]
100 生物体检查装置
[0089]
102 发送线圈(喉头部位移检测部)
[0090]
103 接收线圈(喉头部位移检测部)
[0091]
106 麦克风(吞咽音检测部)
[0092]
420 处理部
[0093]
430 显示部

技术特征：

1.一种生物体检查装置，其特征在于，具备处理部，该处理部处理来自喉头部位移检测部的检测数据，该喉头部位移检测部检测伴随吞咽时的甲状软骨的上下方向以及前后方向的行动而产生的被检者的喉头部中的2个位置之间的距离的变化，所述处理部从使对吞咽动作进行模型化得到的模型函数与基于由所述喉头部位移检测部检测到的所述检测数据的距离信息拟合得到的拟合结果提取与甲状软骨的上下活动相伴的上下活动分量和与甲状软骨的前后活动相伴的前后活动分量，根据这些提取到的上下活动分量以及前后活动分量，生成表示甲状软骨的上下方向以及前后方向的行动轨迹的二维轨迹数据。2.根据权利要求1所述的生物体检查装置，其特征在于，所述处理部根据所述上下活动分量以及所述前后活动分量，生成分别地表示甲状软骨的上下方向以及前后方向各自的随时间的行动轨迹的二维轨迹数据。3.根据权利要求1所述的生物体检查装置，其特征在于，所述处理部根据所述上下活动分量以及所述前后活动分量，生成在1个轨迹图形中同时表示甲状软骨的上下方向以及前后方向的行动的二维轨迹数据。4.根据权利要求3所述的生物体检查装置，其特征在于，所述二维轨迹数据被生成为在由相互正交的2个坐标轴规定的坐标平面上示出的坐标数据，一方的坐标轴与所述前后活动分量的轨迹数据值对应，另一方的坐标轴与所述上下活动分量的轨迹数据值对应。5.根据权利要求3或4所述的生物体检查装置，其特征在于，所述处理部根据来自检测被检者吞咽时的吞咽音的吞咽音检测部的检测数据，生成表示所述吞咽音的振幅的随时间的变化的吞咽音波形，并且生成用于将所述吞咽音波形和所述轨迹图形在时间上对应起来地根据吞咽音的振幅的大小对所述轨迹图形上的各轨迹数据值的绘图进行识别显示的识别显示数据。6.根据权利要求5所述的生物体检查装置，其特征在于，所述处理部生成用于将包括与所述拟合结果关联起来的预定的特征点、与所述吞咽音波形关联起来的预定的特征点以及在所述轨迹图形上绘制的轨迹数据值的发生时间中的至少1个的补充信息在所述轨迹图形上重叠显示的补充显示数据。7.根据权利要求3至6中的任意一项所述的生物体检查装置，其特征在于，所述处理部生成用于将包括所述轨迹图形的转移方向以及根据所述轨迹图形计算出的预定的特征量中的至少1个的参照信息与所述轨迹图形一起显示的参照显示数据。8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的生物体检查装置，其特征在于，所述喉头部位移检测部由以从两侧夹入甲状软骨的方式配置而发送接收高频信号的发送线圈以及接收线圈构成。9.一种生物体信息分析方法，其特征在于，包括：喉头部位移检测步骤，将伴随吞咽时的甲状软骨的上下方向以及前后方向的行动而产生的被检者的喉头部中的2个位置之间的距离的变化检测为生物体信息；处理步骤，处理在所述喉头部位移检测步骤中检测到的检测数据；以及显示步骤，显示在所述处理步骤中处理后的数据，在所述处理步骤中，从使对吞咽动作进行模型化得到的模型函数与基于在所述喉头部
位移检测步骤中检测到的所述检测数据的距离信息拟合得到的拟合结果提取与甲状软骨的上下活动相伴的上下活动分量和与甲状软骨的前后活动相伴的前后活动分量，根据这些提取到的上下活动分量以及前后活动分量，生成表示甲状软骨的上下方向以及前后方向的行动轨迹的二维轨迹数据。10.根据权利要求9所述的生物体信息分析方法，其特征在于，在所述处理步骤中，根据所述上下活动分量以及所述前后活动分量，生成分别地表示甲状软骨的上下方向以及前后方向各自的随时间的行动轨迹的二维轨迹数据。11.根据权利要求9所述的生物体信息分析方法，其特征在于，在所述处理步骤中，根据所述上下活动分量以及所述前后活动分量，生成在1个轨迹图形中同时表示甲状软骨的上下方向以及前后方向的行动的二维轨迹数据。12.根据权利要求11所述的生物体信息分析方法，其特征在于，所述二维轨迹数据被生成为在由相互正交的2个坐标轴规定的坐标平面上示出的坐标数据，一方的坐标轴与所述前后活动分量的轨迹数据值对应，另一方的坐标轴与所述上下活动分量的轨迹数据值对应。13.根据权利要求11或12所述的生物体信息分析方法，其特征在于，还包括检测被检者吞咽时的吞咽音的吞咽音检测步骤，在所述处理步骤中，根据在所述吞咽音检测步骤中检测到的检测数据，生成表示所述吞咽音的振幅的随时间的变化的吞咽音波形，并且生成用于将所述吞咽音波形和所述轨迹图形在时间上对应起来地根据吞咽音的振幅的大小对所述轨迹图形上的各轨迹数据值的绘图进行识别显示的识别显示数据。14.根据权利要求13所述的生物体信息分析方法，其特征在于，在所述处理步骤中，生成用于将包括与所述拟合结果关联起来的预定的特征点、与所述吞咽音波形关联起来的预定的特征点以及在所述轨迹图形上绘制的轨迹数据值的发生时间中的至少1个的补充信息在所述轨迹图形上重叠显示的补充显示数据。15.根据权利要求11至14中的任意一项所述的生物体信息分析方法，其特征在于，在所述处理步骤中，生成用于将包括所述轨迹图形的转移方向以及根据所述轨迹图形计算出的预定的特征量中的至少1个的参照信息与所述轨迹图形一起显示的参照显示数据。16.根据权利要求9至15中的任意一项所述的生物体信息分析方法，其特征在于，在所述喉头部位移检测步骤中，使用以从两侧夹入甲状软骨的方式配置而发送接收高频信号的发送线圈以及接收线圈来检测所述生物体信息。

技术总结

提供使得能够通过非侵袭的检查将伴随吞咽音的甲状软骨以及舌骨的上下前后的二维的动作一眼掌握为吞咽动力学的生物体检查装置以及生物体信息分析方法。在本发明的生物体检查装置中，从使对吞咽动作进行模型化得到的模型函数与基于由喉头部位移检测部检测到的检测数据的距离信息拟合得到的拟合结果提取与甲状软骨的上下活动相伴的上下活动分量和与甲状软骨的前后活动相伴的前后活动分量，根据这些提取到的上下活动分量以及前后活动分量，生成表示甲状软骨的上下方向以及前后方向的行动轨迹的二维轨迹数据901。行动轨迹的二维轨迹数据901。行动轨迹的二维轨迹数据901。