立石科学技術振興財団

助成研究成果集(第29号) 2020

[ 研究助成 (C) ]“嚥下の定量化”に挑む―― 工学技術を用いた摂食・嚥下機能の定量的評価手法の開発 ――
Quantitative evaluation of swallowing function by Engineering technology
2197009

研究代表者

埼玉大学大学院

理工学研究科博士後期課程田代

尚千恵

放射線や内視鏡といった高価な機材が必要であ[研 究 の 目 的]り，侵襲的であるという欠点がある。また非侵
近年，摂食嚥下障害 (食べる機能の低下) に襲的な評価方法には，エレクトログロトグラフ

より，誤って唾液や食べ物が肺に入ること (誤(EGG) や筋電図検査 (EMG) などがあるが，嚥) で引き起こされる誤嚥性肺炎による高齢者

これらは定性的な評価方法であり，同じ患者での死亡率が増加している。そのため臨床現場であっても評価者によって評価結果が異なるといは，摂食嚥下リハビリテーションへのニーズがう問題点がある。

高まっている。しかし，摂食嚥下は様々な認

このような状況から摂食嚥下研究において，知・運動要素が連続的，あるいは同時進行で行嚥下機能の定量的評価手法の開発研究が盛んにわれる複雑な運動であるため，未だ十分なメカ行われいる。その中でも特に嚥下運動時に発生ニズム解明には至っておらず，効果的な治療法する“嚥下音”は非侵襲的に計測できることかが確立されていない。さらに臨床現場で用いるら，その発生機序や音響的特徴，計測機器の開摂食嚥下機能の評価方法には，定性的な評価が発研究が推進されている [1, 2]。しかし先行研究存在し，データの解釈が評価者によって異なる

では，健常者の正常な嚥下音 (正常音) が対象という問題点がある。

であり，ヒトの可聴帯域 (20 Hz-20 KHz) でそこで本研究では，近年，発生機序や音響的解析されることがほとんどである。そのため 4特性が解明されつつある“嚥下音”に着目し，KHz 程度の周波数までで議論されていること超音波領域を含めた広帯域の音を計測できるエが多い [3, 4]。しかし嚥下音には，正常音だけでレクトレットコンデンサセンサ (ECS) を用いはなく喉頭侵入 (唾液や食物が気管に入るこて嚥下音の定量的計測に対する有効性の確認をと) や誤嚥時に発生する「異常音」も存在する。

行った。

この異常音には正常音の成分には無い，高周波数成分が含まれている可能性があるが，この異[研究の内容，成果]

常音に焦点を当て検証した先行研究はない。そのため嚥下音の解析周波数を高周波領域まで広研究概要げることで，嚥下機能を定量的に評価する新た現在，臨床現場で行われる嚥下機能の評価方な指標を見出せる可能性がある。しかし現在の法としては，嚥下造影検査 (VF) や嚥下内視マイクロフォンでは超音波領域の音の計測は困鏡検査 (VE) がある。これは嚥下運動をリア難である。

ルタイムで視覚的に評価できる利点があるが，― 1 ―以上のことから，本研究では摂食嚥下機能の立石科学技術振興財団助成研究成果集(第29号) 2020

定量的評価手法の開発に向け，エレクトレットコンデンサセンサ (ECS) を用いた嚥下音の計測実験を行い，既存の計測方法と比較することで嚥下音の定量的計測に対する有効性の確認を行った。
実験装置
ECS とはエレクトレットコンデンサマイク(ECM) の構造を改良したセンサである。図 1に ECM (a) と ECS (b) の概念図を示す。従来単一の空気ギャップであった部分に高分子
図2

フ ィ ル ム を 蓄 層 す る こ と で，微 視 的 な 空 気ギャップ層を作り，高電界による絶縁破棄を防

実験参加者

ぎ，よりわずかな振動版の変位でも従来と同程嚥下障害の既往歴がない健常成人女性 1 名を度の出力が得られるようになる。つまり，従来対象に実験を行った。なお，実験開始前に実験の ECM と比べ，ECS は耐久性に優れ，超音波参加者からはインフォームドコンセントを得て領域の測定ができる広帯域センサであるいる。

。

[5, 6, 7]

実験方法
図 3 に嚥下音計測実験の様子を示す。本研
究 で は，図 3 に 示 す よ う に ECS の ほ か に，従来の嚥下機能評価で用いられているエレク
トログロトグラフ (EGG-800, Laryngograph)と ECM (Stage Line, ECM-500/SK) を使用し，嚥下時の声帯の開閉運動による電気的インピー

図1

次に本研究で用いた ECS の外観 (a) と構造
図 (b) を図 2 に示す。作製した ECS の受感部は 8×8 mm であり，ECS から得られた信号はアンプにより増幅して使用する。アンプの感度を変化させることにより超音波領域までの音の計測が可能となる。しかし本研究では EGG お
よび ECM との比較を行うため，周波数特性を30 Hz-8 kHz，増幅率を 65 dB とした。
図3― 2 ―

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助成研究成果集(第29号) 2020

ダンスの変化および嚥下音を計測し，これらの計測データと比較検討を行った。
ECS は 3D プリンタで作製した治具をゴム製バンドに取り付け，その内部に皮膚と接触しないように固定した。また実験装置の装着位置は，EGG の電極は左右甲状軟骨外側の皮膚面にバンドで固定し，ECS と ECM は先行研究 [8]から嚥下音計測に適切とされる位置に固定した。

図6

実験参加者は椅子に 90 度の姿勢で座り，実験課題としてコップに入った水 10 ml を自己摂回の計測平均波形を図 6 に示す。先行研究より，

取にて嚥下した。これを 1 試行とし，再現性を嚥下音の特徴として，最初の音から約 0.5 秒の考慮して，この試行を 5 回繰り返し行い，約 5間に 3 つの音の波形 (第Ⅰ音，第Ⅱ音，第Ⅲ秒間の嚥下状態を計測した。

音) が観測されることが報告されている [9]。本研究でも第Ⅰ音から第Ⅲ音の観測ができた。し

計測結果と考察かし図 4，6 に示すように，ECM を用いた計図 4 に実験データの一例を示す。まず図 4 よ測では，第Ⅲ音の観測が不十分である。一方，り，EGG の変化とともに嚥下音が周期的に現

図 5，6 に示すように，ECS を用いた計測では，れていることが確認できる。さらに図 5 と比較第Ⅰ音から第Ⅲ音まで十分に観測することがですると，ECS で計測された嚥下音と ECM で計きることが分かった。

測された嚥下音が時間的に一致していることが確認できる。

[今後の研究の方向，課題]

次に，ECM と ECS で計測された嚥下音の 5
本研究では ECS を用いて嚥下音の定量的計測に対する有効性の確認を行った。実験結果から ECS による嚥下音の計測が可能であり，さらに ECM では検出が不十分であった第Ⅲ音の検出も十分に可能であることが分かった。今後は多くの実験参加者を募り，更なるデータの計測と分析を行っていく。特に分析については，嚥下音の音響特性である周波数や持続時間につ
図4

いても比較検討し，新しい摂食嚥下機能の定量的評価手法の開発に繋げていきたい。
[成果の発表，論文等]
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図5

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立石科学技術振興財団

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助成研究成果集(第29号) 202015．
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