(57)【要約】【課題】精度良く咳の検出を行うことができる咳検出装置を提供する。【解決手段】被験者の筋肉の収縮に伴って生じる筋電位情報を検出する筋電位測定手段２１０と、被験者の姿勢情報を検出する姿勢検出手段２２０と、前記筋電位情報と前記姿勢情報とに基づいて咳嗽を検出する咳検出手段３と、を有することを特徴とする咳検出装置１とする。【選択図】図２
2009254611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の筋肉の収縮に伴って生じる筋電位情報を検出する筋電位測定手段と、
被験者の姿勢情報を検出する姿勢検出手段と、
前記筋電位情報と前記姿勢情報とに基づいて咳嗽を検出する咳検出手段と、
を有することを特徴とする咳検出装置。
【請求項２】
前記筋電位測定手段は、被験者の呼吸筋の筋電位情報を検出することを特徴とする請求項１に記載の咳検出装置。
【請求項３】
前記呼吸筋は、外腹斜筋であることを特徴とする請求項２に記載の咳検出装置。
【請求項４】
前記咳検出手段は、筋電位情報から候補咳嗽を検出し、該候補咳嗽の検出前後における姿勢情報の変化が所定範囲内である候補咳嗽を、咳と判断することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の咳検出装置。
【請求項５】
音信号を検出するマイクロフォンを有し、
前記咳検出手段は、前記マイクロフォンが検出した音信号及び、前記筋電位情報と前記姿勢情報とに基づいて咳嗽を検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の咳検出装置。
【請求項６】
前記咳検出手段は、筋電位情報から候補咳嗽を検出し、該候補咳嗽前後の姿勢情報の変化が所定範囲内であって、かつ、前記マイクロフォンが検出した音信号の音圧値が所定値以上である場合に、候補咳嗽を咳嗽と判断することを特徴とする請求項５に記載の咳検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、咳検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
咳は、呼吸器系の疾患（特に、喘息、慢性閉塞性肺疾患、気管支炎等）に多く見受けられる症状である。咳の診断は問診に頼っているのが現状であるが、患者は診察時に必ずしも咳をしているとは限らず、医師は患者からの自覚症状を聞くしかない。また、患者も日中の覚醒時には症状を記憶していても、睡眠中の咳については、咳が激しい、眠れない等の表現に留まってしまう。そのため、客観的な評価が行えず有効な治療を行えないという問題があった。
【０００３】
そこで、特許文献１には、咳の評価を客観的に行うために、被検者の喉部に取り付けた加速度センサから得られる信号を予め登録された咳パターンと照合することにより、咳か否かを判断し、咳に基づく信号を認識する咳検出装置が記載されている。
【０００４】
非特許文献１においては、複数の被験者に対して咳の発生頻度を２４時間モニターするために、被験者に取り付けた筋電位計（ＥＭＧ）及びマクロフォンからの信号取得し、取得した信号をパソコンで解析することにより、咳をカウントしている。
【特許文献１】特開平９−９８９６４号公報
【非特許文献１】Coughing  Frequency  in  patients  with  persistent  cough:  assessment  using  a  24hour  ambulatory  recorder(European  Respiratory  Journal  1994,7,1246-1253)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された咳検出装置においては、加速度センサを被検者の喉部に取り付けるので、例えば、口の中の物を飲み下す際の喉部の動きを誤って咳と検出する可能性がある。また、首を振る動作は日常的に行われる動作であり、これによっても喉部は影響を受け、誤検出の原因となる可能性がある。このように、喉部に加速度センサを取り付けた場合には、誤検出を生じさせる多くの要因が存在する。
【０００６】
また、非特許文献１に記載の方法では、計測された筋電位と音声信号により咳を検出するものであり、筋電位は咳以外の動作に伴う筋肉の収縮によっても信号が検出されるので誤検出を生じさせることになり、音声信号も同様に被験者の発声あるいは外部の雑音によって誤検出を生じさせることになる。
【０００７】
本願発明は、以上のような問題に鑑みてなされたものであり、精度良く咳の検出を行うことができる咳検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
１．被験者の筋肉の収縮に伴って生じる筋電位情報を検出する筋電位測定手段と、
被験者の姿勢情報を検出する姿勢検出手段と、
前記筋電位情報と前記姿勢情報とに基づいて咳嗽を検出する咳検出手段と、
を有することを特徴とする咳検出装置。
【０００９】
２．前記筋電位測定手段は、被験者の呼吸筋の筋電位情報を検出することを特徴とする前記１に記載の咳検出装置。
【００１０】
３．前記呼吸筋は、外腹斜筋であることを特徴とする前記２に記載の咳検出装置。
【００１１】
４．前記咳検出手段は、筋電位情報から候補咳嗽を検出し、該候補咳嗽の検出前後における姿勢情報の変化が所定範囲内である候補咳嗽を、咳と判断することを特徴とする前記１乃至３のいずれかに記載の咳検出装置。
【００１２】
５．音信号を検出するマイクロフォンを有し、
前記咳検出手段は、前記マイクロフォンが検出した音信号及び、前記筋電位情報と前記姿勢情報とに基づいて咳嗽を検出することを特徴とする前記１乃至３のいずれかに記載の咳検出装置。
【００１３】
６．前記咳検出手段は、筋電位情報から候補咳嗽を検出し、該候補咳嗽前後の姿勢情報の変化が所定範囲内であって、かつ、前記マイクロフォンが検出した音信号の音圧値が所定値以上である場合に、候補咳嗽を咳嗽と判断することを特徴とする前記５に記載の咳検出装置。
【発明の効果】
【００１４】
本願発明によれば、筋電位情報と姿勢情報とに基づいて咳嗽を検出する咳検出手段を有することにより、精度良く咳の検出を行うことができる咳検出装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。
【００１６】
［装置構成］
図１は、本実施形態に係る咳検出装置１の構成図である。咳検出装置１は、被検者に取り付けるセンサ部２と当該センサ部２からの信号を解析することにより咳を検出する咳検出部３とからなる。またセンサ部２は、筋電位測定部２１０、姿勢検出部２２０とからなる。
【００１７】
筋電位測定部２１０は「筋電位測定手段」、姿勢検出部２２０は「姿勢検出手段」、咳検出部３は「咳検出手段」、としてそれぞれ機能する。
【００１８】
筋電位測定部２１０、姿勢検出部２２０とは、それぞれ通信媒体Ｌを介して咳検出部３に接続されている。この通信媒体Ｌは、有線であっても無線であってもよい。無線により接続すれば、有線の場合のようにセンサ部２に用いられているセンサに線を介して不要な振動やノイズを与えてしまう機会を減らすことができるとともに、被検者の行動の制約を少なくすることができる。
【００１９】
「筋電位測定部２１０」は、被験者の皮膚の表面に貼着して用いる検出極、接地極からなる電極部２１１と、電極部２１１で検出された筋電位信号を増幅する増幅器２１２、増幅器２１２により増幅された筋電位信号から所定周波数以下の低周波成分及び所定周波数以上の高周波成分を除去するフィルタ回路２１３、フィルタ回路２１３により処理された筋電信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器２１４、及びＡ／Ｄ変換器２１４により変換されたデジタルデータを咳検出部３に送信するＩ／Ｆ２１５から構成されている。
【００２０】
被験者の呼吸筋の近傍の皮膚表面に電極部２１１の検出極及び接地極を貼着する。筋電位測定部２１０では、当該被験者の呼吸筋の筋収縮に伴って発生する筋電位を測定する。ここで呼吸筋とは、呼吸運動を司る筋であり、肋間筋、横隔膜、外腹斜筋、内腹斜筋、腹直筋、などがある。咳嗽動作とは、胸腔内圧力を上昇させてから声帯を瞬時に開放して一気に息を吐き出す動作である。当該胸腔内圧力を上昇させるためには肺に息を溜め喉の声帯を閉じてから、外腹斜筋、内腹斜筋、腹直筋、の収縮が行われる。
【００２１】
なお、電極部２１１の貼着位置としては呼吸筋のうち外腹斜筋の筋電位情報を取得するために、外腹斜筋近傍の皮膚表面に取り付けることが好ましい。測定箇所が心臓から遠い位置にある方が心筋の影響を低減でき、精度よく呼吸筋の動きに伴う咳嗽を検出できるからである。
【００２２】
「姿勢検出部２２０」は、入力される姿勢の変化を電気信号に変換する加速度計２２１、加速度計２２１により変換された電気信号を増幅する増幅器２２２、増幅器２２２により増幅された電気信号から所定周波数以上の高周波成分を除去するフィルタ回路２２３、フィルタ回路２２３により処理された筋電信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器２２４、及びＡ／Ｄ変換器２２４により変換されたデジタルデータを咳検出部３に送信するＩ／Ｆ２２５から構成されている。
【００２３】
姿勢検出部２２０では、加速度計２２１により被験者の姿勢情報を検出する。姿勢情報とは、姿勢の状態及び姿勢の変化を表す概念である。加速度計２２１は、被験者の腹部等に取り付けられる。加速度計２２１は、３軸加速度センサを用いており、被験者の体の左右方向（Ｘ軸）、上下方向（Ｙ軸）、前後方向（Ｚ軸）の動きの変化及び、重力に対する向きを検知することにより、被験者に体位等の姿勢の状態、及び姿勢の変化を検出することができる。
【００２４】
電極部２１１、加速度計２２１は、皮膚に感さ性の少ない接着剤が塗布された両面テープ等により直接又は間接的に人体に貼着することが好ましい。また、これらの周囲にノイズ防止用のカバー材やクッション材を設けるようにしてもよい。
【００２５】
本実施形態では、所定周波数以下の低周波成分及び所定周波数以上の高周波成分を除去するフィルタ回路２１３、２２３を設けているので、突発的な電気的なノイズによる高周波成分の信号は前もって除去される。
【００２６】
なお、本実施形態においては、姿勢検出部２２０では、３軸の加速度センサを用いた例について説明するが、これに限られず、３軸のジャイロセンサを用いて角速度の変化を検出することにより被験者の姿勢の変化を検出するようにしてもよい。
【００２７】
また、筋電位測定部２１０と姿勢検出部２２０を一体化するようにしてもよい。この場合には、被験者へのセンサ部２の貼着位置を腹直筋上とすることが、呼吸筋の動作、及び被験者の姿勢変化の検出精度のともに向上させるという観点から望ましい。
【００２８】
「咳検出部３」は、センサ部２からのデータを受信するＩ／Ｆ３１。Ｉ／Ｆ３１で受信されたデータをプログラムに従って処理するＣＰＵ３２、ＣＰＵ３２での処理に必要なプログラムやデータ等を記憶するＲＯＭ３３、ＣＰＵ３２での処理に必要なプログラムやデータ等を一時的に記憶するＲＡＭ３４を有し。更にＣＰＵ３２での処理結果等を半導体メモリ、ハードディスク、あるいは装置に挿入されたＤＶＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ等に保存する記憶装置３５。咳検出部３にデータを入力する入力部３６、及びＣＰＵ３２での処理結果等を表示する表示部３７を有する。
【００２９】
咳検出部３は、専用の情報処理装置で構成されていてもよいし、汎用のパーソナルコンピュータで構成されていてもよい。パーソナルコンピュータであれば、持ち運びが容易にできる携帯情報端末（ＰＤＡ）であることが好ましい。前者の場合には、センサ部２と一体化してベルト等により被験者の腰部に取り付けるようにしてもよい。このようにすることで煩わしい配線が不要になる。更にこのような形態の場合においては、センサ部２にＡ／Ｄ変換器２１４、２２４を設けたが、咳検出部３にＡ／Ｄ変換器を設けるようにしてもよい。
【００３０】
［制御フロー］
図２は、本実施形態における咳検出装置１が行う制御フローの説明図である。当該制御フローはＣＰＵ３２により実行される。なお、本制御フローに先だって、センサ部２が検出したデータは時刻等の経時情報とともに、記憶装置３５に記憶されている。
【００３１】
ステップＳ１１では、ＣＰＵ３２では記憶装置３５に記憶されているデータから、筋電位情報、姿勢情報を取得する。
【００３２】
ステップＳ１２では、筋電位情報から候補咳嗽の抽出を行う。候補咳嗽の抽出は、例えば単位区間における筋電位のデータの分散値が所定値以上であれば、候補咳嗽であると判断する。なお、検出精度の向上の目的で、筋電位データから所定の周波数帯域のデータを抽出し、抽出した帯域のデータから候補咳嗽の判断を行うようにしてもよい。
【００３３】
ステップＳ１３では、ステップＳ１２で候補咳嗽が検出された区間（タイミング）に対応する、姿勢情報のデータから、当該区間の前後で被験者の姿勢の変化があったか否かを判断する。姿勢の変化とは例えば立位から座位、座位から臥位、あるいはこれらの相互間の変化をいう。姿勢の変化の実際の波形例１に関しては後述する。
【００３４】
姿勢の変化がなかったと判断した場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）には、ステップＳ２１では、ステップＳ１２で抽出した候補咳嗽を咳嗽と判定して、当該咳嗽を記憶装置３５に記録する。
【００３５】
一方、姿勢の変化があったと判断した場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）には、ＣＰＵ３２は、候補咳嗽は偽咳嗽であったとして、咳嗽なしと判定して終了する。
【００３６】
［検出波形例］
図３は、咳嗽発生時の筋電位測定部２１０と姿勢検出部２２０での波形データを示したものである。図４は、被験者が姿勢を変化させた際の筋電位測定部２１０と姿勢検出部２２０での波形データを示したものである。
【００３７】
同図の符号１の欄には、筋電位測定部２１０からの筋電位の波形データを示しており、符号２ｘ、２ｙ、２ｚの欄には加速度計２２１からのｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の波形データをそれぞれ示している。ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は前述のとおり被験者の体の左右方向（Ｘ軸）、上下方向（Ｙ軸）、前後方向（Ｚ軸）にそれぞれ対応するように加速度センサの取り付けを行っている。また横軸は時間、縦軸はそれぞれ電位（欄１）、加速度（欄２）を示している。
【００３８】
図３の欄１において符号ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４は咳嗽の発生タイミングを示している。同図に示すように咳嗽発生時には、筋電位の波形データの単位区間における分散値が大きくなっていることがわかる。このように筋電位情報により、咳嗽の発生を検出することができる。しかし、その一方で筋電位情報によってのみ咳嗽を検出した場合には、咳嗽以外の事象も、咳嗽と判定してしまう誤検出（偽咳嗽）の問題が生じることになる。以下説明する。
【００３９】
図４においては、Ｓ１のタイミングにおいては、被験者の状態は立位である。Ｓ２では立位から座位に変化したタイミングを示しており、Ｓ３では座位の安定状態である。Ｓ４は座位から立位に再び変化したタイミングであり、Ｓ５では、立位の安定状態である。
【００４０】
同図に示すようにＳ２、Ｓ４のタイミングでは被験者の姿勢変化に伴う外腹斜筋の収縮が発生するために図４の欄１のα１、α２に示すように筋電位の波形データの単位区間における分散値が大きくなっていることがわかる。そして当該姿勢変化時の波形データを、図３に示した咳嗽発生時の波形データから区別することは難しく、姿勢変化を咳嗽と判定する誤検出が生じることになる。
【００４１】
このような問題に対して本実施形態においては、図２の制御フローで説明したように、筋電位の波形データから検出した咳嗽時の特徴を備える波形データ（例えば分散値が大きい）を即座に咳嗽と判断せずに、候補咳嗽として判断を保留する。そして最終的な判断は、被験者の姿勢変化がなかったか否かのＮＯＴ演算をすることにより行っている（ステップＳ１３）。
【００４２】
姿勢変化の検出の例について説明する。姿勢変化の検出は、ステップＳ１２で候補咳嗽α１が検出された区間Ｓ２の前後の区間のＳ１（立位）とＳ３（座位）における加速度計２２１の出力を比較することにより行う。姿勢の変化があった場合には、図４の欄２ｘ、２ｙ、２ｚに示すように姿勢検出部２２０の加速度センサの出力は大きく変化している。
【００４３】
図４に示す例においては特に立位（Ｓ１）から座位（Ｓ３）、あるいは座位（Ｓ３）から立位（Ｓ５）への変化では、同図の欄２ｘ、２ｚに示す３軸の加速度センサのｘ方向、ｚ方向の波形データの変化が大きいことがわかる。そして咳検出部３では前後区間での差分をとり、差分が所定値以上であった場合には姿勢変化があったと判断する。なお、姿勢変化時は低周波成分の波形データの変化が大きいことから、平均化処理等により高周波成分の除去を行い、除去後の波形データから、姿勢の変化があったことを検出するようにしてもよい。
【００４４】
そして当該候補咳嗽α１が検出された区間Ｓ２の前後の区間（Ｓ１とＳ３）で姿勢検出部２２０の波形データから被験者の姿勢の変化があったと判断した場合には、候補咳嗽は姿勢変化時の筋肉の収縮によるものであって咳嗽発生に伴うものではないと判断して候補咳嗽を偽咳嗽と判断する。一方で姿勢の変化がなかったと判断した場合には、候補咳嗽は真性の咳嗽であると判断する。
【００４５】
本実施形態によれば、筋電位情報と姿勢情報とに基づいて咳嗽を検出することにより、精度良く咳の検出を行うことが可能となる。
【００４６】
［第２の実施形態］
図５、図６に基づいて、第２の実施形態に係る咳検出装置について説明する。図５は第２の実施形態に係る咳検出装置１の構成図である。第２の実施形態においては、図１等に示した実施形態に対して更に音検出部２３０を追加したものである。当該音検出部２３０以外の構成に関しては図１に示した実施形態と同一であり同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００４７】
同図において「音検出部２３０」は、いわゆるコンデンサマイクロフォン方式の集音ユニットであり、被験者に貼着させた音検出部２３０は被験者周囲の音をマイクロフォン２３１により音信号に変換し、マイクロフォン２３１で検出された音信号を増幅する増幅器２３２、増幅器２３２により増幅された音信号から所定周波数以下の低周波成分及び所定周波数以上の高周波成分を除去するフィルタ回路２３３、フィルタ回路２３３により処理された音信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器２３４、及びＡ／Ｄ変換器２３４により変換されたデジタルデータを咳検出部３に送信するＩ／Ｆ２３５から構成されている。
【００４８】
なお、第２の実施形態においても当該音検出部２３０を筋電位測定部２１０、姿勢検出部２２０と一体化するようにしてもよい。
【００４９】
図６は、第２の実施形態における咳検出装置１が行う制御フローの説明図である。当該制御フローは、咳検出部３のＣＰＵ３２により実行されるフローである。またステップＳ１４以外に関しては図２に示した制御フローと同一であり、説明は省略する。
【００５０】
第２の実施形態においては、筋電位の波形データから検出した咳嗽時の特徴を備える波形データ（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）であり、被験者の姿勢変化がない（ステップＳ１３：Ｎｏ）場合であっても咳嗽と判断せずに、判断を保留する。そして更にステップＳ１４において、ステップＳ１２で候補咳嗽が検出された区間（タイミング）に対応する音検出部２３０により検出した音圧が、所定値以上であった場合には（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、ＣＰＵ３２は当該候補咳嗽を咳嗽と判定する（ステップＳ２１）。一方、音圧が所定値を下回ったと判断した場合には（ステップＳ１４：Ｎｏ）、候補咳嗽は偽咳嗽であったとして、咳嗽なしと判定して終了する（ステップＳ２２）。
【００５１】
本実施形態によれば、筋電位情報から検出した候補咳嗽を、姿勢情報と音信号とにより偽咳嗽であるか、真性咳嗽であるか、を判定することにより精度良く咳の検出を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本実施形態に係る咳検出装置１の構成図である。
【図２】本実施形態における咳検出装置１が行う制御フローの説明図である。
【図３】咳嗽発生時の筋電位測定部２１０と姿勢検出部２２０での波形データを示したものである。
【図４】被験者が姿勢を変化させた際の筋電位測定部２１０と姿勢検出部２２０での波形データを示したものである。
【図５】第２の実施形態に係る咳検出装置１の構成図である。
【図６】第２の実施形態における咳検出装置１が行う制御フローの説明図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  咳検出装置
２  センサ部
２１０  筋電位測定部
２１１  電極部
２２０  姿勢検出部
２２１  加速度計
２３０  音検出部
２３１  マイクロフォン
３  咳検出部
３２  ＣＰＵ
３３  ＲＯＭ
３４  ＲＡＭ
【図１】
2009254611.tif 000003
【図２】
2009254611.tif 000004
【図３】
2009254611.tif 000005
【図４】
2009254611.tif 000006
【図５】
2009254611.tif 000007
【図６】
2009254611.tif 000008