鳥取県産業技術センター研究報告 No.20 (2017)

定量的に鼻息量を計測する幼児向け小型検査装置の開発
Development of a Compact Inspection Device for Infants that Quantitatively Measures Nasal Airflow
吉田裕亮  ・高橋智一 ・福留祐太 ・亀﨑高志 ・佐藤崇弘・中村（杉本）優子

Yusuke Yoshida, Tomokazu Takahasi, Yuta Fukudome, Takashi Kamezaki, Takahiro Sato and Yuko Nakamura-Sugimoto＊

機械素材研究所 計測制御科、＊＊ 電子・有機素材研究所 電子システム科、＊＊＊ 電子・有機素材研究所 産業デザイン科、＊＊＊＊
機械素材研究所 機械システム科、＊＊＊＊＊ 食品開発研究所 バイオ技術科
鳥取大学医学部のニーズである口唇口蓋裂を患った幼児の鼻息の漏れ量を計測する医療機器の開発を行った。開発には鳥取大学工学研究科が持つ画像処理の技術シーズを活用し、幼児でも抵抗なく鼻息量を定量的に計測する鼻息検査装置が完成した。
We developed medical equipment to measure the nasal airflow leakage of infants suffering from cleft lip and palate, for the Faculty of Medicine, Tottori University. For this purpose, we utilized the technical seeds of image processing technology of the Department of Engineering, Tottori University, and thus completed the nasal airflow meter,
which can quantitatively measure the nasal airflow leakage in infants without any resistance.
．はじめに鼻腔通気度計や音響鼻腔測定器があるが、幼児には精神的・物理的な抵抗が大きく、緊張感・恐怖心から正しい検

先天性の奇形のなかで唇が割れた口唇裂（こうしんれ査結果が得られない場合が多い。

つ）と口蓋（こうがい）が裂けて口腔と鼻腔がつながっている口蓋裂、さらにその両方を発症する口唇口蓋裂と呼ばこれらの背景のもと、鳥取大学医学部の領家らの要望にれる疾病があり、この疾病をもって生まれる新生児は、年より、鳥取大学工学研究科の近藤らが鼻息鏡を活用しなが間 400～600 人に 1 人の割合と言われている１）２）。その治ら、2 台の小型カメラにより鼻息鏡面を撮影し、画像処理

療方法は、外科的手術により行われるが、鼻から息が漏れにより定量的な検査を可能とする技術を考案した３）（特許

る鼻漏出に起因する言語障害を伴うため、外科手術後 2 歳5540393 号）。この研究シーズを活用した製品開発が望ま頃から、鼻漏出の状態を確認し、その状態にあわせて言語れており、鳥取大学より依頼を受け試作機の開発を行うこ訓練を行う必要がある。鼻漏出検査や言語訓練の期間は個ととなった。

人差があり、大人になるまで続く場合もある。

現在、3,000 円前後で販売されている鼻息鏡の代替とし鼻漏出の状態確認は、図 1 に示す鼻息鏡と呼ばれる器て新製品を開発する際、市場価値をどこまで高められるか、具を鼻下に設置し、同心円状市場規模に対する費用対効果が得られるか等の不明な点に配置されたスリットを参考も多く、調査する必要がある。さらに、幼児でも抵抗のなに、鼻息で曇った面積を目視い検査装置に必要なデザインや検査手法も検討が必要でで確認する定性的な方法が用 ある。

図１ 鼻息鏡      いられている。鼻漏出の検査

そこで本研究では、検査現場の意見を盛り込み、幼児では主に医師あるいは言語聴覚士が行うが、検査対象が幼児も抵抗なく検査可能な鼻息検査装置を開発した。また、市（2 歳から 6 歳）であることから、検査等に対し精神的な場調査を行い製品化時の販売規模を予測し、利益面から製抵抗があり嫌がる幼児が多く、医師や言語聴覚士の負担と品化の実現性について検討した。

なっている。また、曇った面積を目視確認するという定性

．鼻息鏡を用いた検査の現状的な検査であることから、検査者の経験に頼るところが大きく、また同じ患者に対して、医師と言語聴覚士との判断従来の鼻息鏡を用いた検査では、特定の母音や破裂音のが異なる場合もある。鼻漏出量を定量化する装置として、単音を発生させた瞬間に図 2 のように鼻下に当て、左右の㻌7㻌日本口蓋裂学会

鼻から漏れた息により曇った

鼻漏出領域㻌

図２ 検査風景   量を目視で確認する。検査時

口唇口蓋裂を専門とする学会に参加し、最新情報の収集間は、幼児の抵抗感を下げるを行った。疾患の背景や手術方法に関する発表が多く鼻漏ため 1 秒程度と短く、正確な出量の計測については触れられていなかった。鼻漏出量に判断を行うことが難しい。

関しては、医師が経験と勘で判断し、術後の治療が行われている印象を受けた。鳥取大学医学部を含め他大学の附属 市場調査

病院の方々と意見交換し、正しい判断で治療と言語訓練が患者数の推定行われれば完治する疾患であり、そのためには幼児医療において鼻息漏れ量計測の定量化が必要であることを再認

製品開発を行うにあたり、初めに患者数の調査を行った。

識した。

厚生労働省の人口動態調査と患者調査（http://www.mhlw.go.jp/toukei/list/10-20.html）
による出生数と口唇口蓋裂の患者数を表 1 に示す。

鳥取県立図書館との連携
鳥取県立図書館と連携し、鼻息検査関連の市場調査を行

表１ 口唇口蓋裂の患者数

年度




出生数
（千人）





各年齢の患者数（千人）
～ ～ ～






った。平成 27 年度の関連する医療機器の生産動向は、15品目で 28,200 千円であることが分かった。厚生労働省では、これ以上の細分化は困難であることが分かった。

 試作開発ブレーンストーミング

ただし、患者調査の総患者数は、都道府県別に層化無作

 鼻息検査装置の試作開発に必要な技術分野は、デザイン、為抽出した医療施設において、調査時期を 10 月中旬の 3

電子電気、機械設計、医学的知見まで多岐にわたるため、日間のうち医療施設ごとに定める 1 日とし、入院及び外来各分野を専門とするメンバーを集めプロジェクトチーム患者数を集計し、「総患者数＝入院患者数＋初診外来患者を結成した。

数＋再来外来患者数×平均診療間隔×調整係数（6/7）」と先ずは、試作機開発の方向性を決定するため、ブレーンして計算された推定数である。上述のとおり口唇口蓋裂をストーミングを行い、検討課題として全 37 項目を掲げ、もって生まれる新生児は、年間 400～600 人に 1 人の割合それらを解決する各アイデアを抽出した。例を表 2 に示す。と言われていることから計算をすると、新生児の患者数は

表２ ブレーンストーミングの結果（抜粋）

項目（検討課題）

アイデア（解決策）
・鼻息鏡ホルダー（ケース）・やわらかい素材
恐怖心抑制、（シリコン、ファブリック）
形状・素材
・下、横、斜めに持ち手・パステル色、他
・傾き補正（画像処理）
測定環境改善、 ・LED による姿勢の可視化
分解能向上
・鼻息鏡の表面温度を制御
・熱線で口からの息を計測、他・タブレットや PC との連携
・発声トレーニングおもちゃと連携
その他
・鼻息鏡を隠す・香りを付ける、他半数程度であり厚生労働省の調査による患者総数は正確ではないため、独自に推定することを試みた。口唇裂・口蓋裂診療ガイドライン４）によると口唇口蓋裂で 45％、口蓋裂で 20.5％の患者に言葉の問題が生じる可能性があることが示されている。出生数から計算すると毎年約 2,000人が発症し、そのうちの 65％である約 1,300 人が言語訓練を行う必要があることから、本装置の対象となる 2 歳から6 歳の患者数は年間 6,500 人程度と推定することができ、この数は決して少ない数ではない。本装置は、病院での検査のみならず、家庭での言語訓練用としての普及も見込めるため、十分な市場があると予想できる。

㻌8㻌
な幼児 29 名を対象に図 8 のとおりデザイン検証を実施し一次試作
ブレーンストーミングの結果を受けて、図 3 に示すようた。検証後に幼児にアンケートを取り、より抵抗感のないにラズベリーパイの産業用モジュールであるコンピューデザインを選んでもらった。また、検証を実施していただ

トモジュール（カメラ 2 台を制御可能な唯一の市販マイコいた医師や言語聴覚士の方々から操作性やデザインに関ン基板）を用いて、左右 2 台の小型カメラを接続し同時撮して、要望や課題等について意見を頂いた。検証結果を表影可能な一次試作機を製作した。図 4 のチェス模様のテス3 に示す。なお、票数の合計が 5 票足らない原因は、検証ト画像を撮影し、このテスト画像を用いて焦点距離の調整

当初に多くの職員が同席していたため、被験者である幼児やカメラのアングル調整、および接写レンズ等の選定を行が委縮して回答が得られなかったためである。

い、鼻息鏡全面が撮影可能となった。本試作機を用いて、

① 㻌

②㻌

③㻌

図 5 の鼻漏出画像の取得に成功した。この画像では、左端の鼻息鏡が撮影されていないが、この部分は反対側のもう1 台のカメラによって撮影される。
次に、子供の恐怖心を抑制するため、図 6 に示すような鼻息鏡全体を覆うケース形状の試作を行い、同様に撮影を㻌
図７ 二次試作㻌行った。
一次試作機の検証結果より、以下に示す 3 つの改善が必要であることを把握することができた。
・衛生面の問題から洗浄を可能とするため、電子部品を取り外せる構造にすること㻌㻌・ケースにより鼻息が反射し鼻息鏡全体が曇るため、鼻息
図８ すぎのこ保育所とデザイン検証の様子の抜け道を大きくとること・更なる小型化とより恐怖心を抑えることが可能なデザイ

表３ デザイン検証結果

MODEL

ン性を考慮した設計にすること㻌

票数

①１１

医師らの意見良・イメージがわかりやすく親しみ易い悪・検査時に鼻息鏡が確認しにくい
・幼児の視界がふさがる

良・おもちゃの要素が多い
・検査時に鼻息鏡が観察し易い
・黄色のチューリッ
プで視界がふさがれる
・幼児の視界が開かれている㻌
図３ 電子部品        図４ テスト画像②９悪㻌
図５ 鼻息画像        図６ 一次試作

良③
二次試作とデザイン検証
４

一次試作機の改善点を踏まえ、図 7 に示す 3 機種を試作した。これらの試作品を用いて、鳥取大学医学部附属病院内のすぎのこ保育所に協力いただき、2 歳から 4 歳の健勝㻌

9

悪・幼児の関心が得られにくい
・検査時に鼻息鏡が確認しにくい㻌
くことができた。

最終試作
デザイン検証結果より、リンゴを模したモデルが幼児からの支持率は高かったが、表 3 の医師らの意見にある課題 おわりに解決が難しいため、次に支持率の高かったチューリップを鳥取大学医学部附属病院のニーズに基づき、鳥取大学工模したモデルを改良し、図９の最終試作機を製作した。

学研究科のシーズを活用して鼻息検査装置の試作開発を行った。試作機を開発するに当たり特許出願も行った。市
場調査の実施と試作機を用いた性能評価から得られた結果より、鼻息検査装置の製品化の可能性を確認することができた。さらに、医療機器展示商談会 in 本郷に出展した

㻌㻌

ことで、県外の大手医療機器製販メーカとの連携による販図９ 最終試作機路を確保することができ、県内企業への技術移転へと繋げることができた。

本試作機を用いて左側のカメラで撮影した参考画像を今後、鳥取大学医学部附属病院において、本試作機を用

図 10 に示す。これより、右側にスリットの 4 本目を超えいた臨床試験を行う予定となっており、鼻息検査装置の量る鼻漏出を確認できる。このわずかな違いは目視では確認

産化へ向けた準備が行われている。

できないことが予想される。これにより、幼児でも抵抗なく、検査者が判断に迷うことのない定量的な鼻漏出検査が謝 辞可能な装置が完成した。

鼻息検査装置の開発にあたり、鳥取大学医学部附属病院

右カメラ㻌

鼻㻌

歯科口腔外科の教授 領家氏、講師 土井氏、言語聴覚士 赤神氏、鳥取大学工学研究科の教授 近藤氏、および すぎのこ保育所の皆様に多くの有益なアドバイスを頂きました。
ここに心から感謝を申し上げます。

鼻漏出㻌最大値㻌文 献1)

㻌
図１０ 最終試作機

芳宮崎正、小浜源郁、手島貞一； 他:わが国における口唇裂口蓋裂の発生率について，日本口蓋裂学会誌，

㻌㻌10, 191-195, 1985.

医療機器展示商談会 LQ 本郷2)

公益財団法人鳥取県産業振興機構が主催し、東京都の本今井智子，鈴木規子，山下夕香里，他； 最近 2 年間における関東地区の口唇口蓋裂の発生状況について，

郷で行われた「平成 28 年度 鳥取県医療機器展示商談会 in

日本口蓋裂学会誌，9, 148-158, 1984.

本郷」に最終試作機を出展し、本郷にある医療機器の製販

3)

近藤克哉，土井理恵子，領家和男；自己相似性を利用メーカへの PR を行った。口唇口蓋裂の治療を行う歯科口

した2 眼画像からの鼻息像の生成 (スマートインフォ

腔外科の製販メーカとの繋がりは持てなかったが、耳鼻咽メディアシステム)，電子情報通信学会技術研究報告，喉科分野の大手製販メーカに興味を持っていただいた。鼻114(496), 57-60, 2015.

息検査装置の市場は、歯科口腔外科分野のみではなく、耳4)

後藤昌昭，古郷幹彦、西尾順太郎、夏目長門、他； 口鼻咽喉科分野でも重要があることが分かった。さらに、市唇裂・口蓋裂診療ガイドライン，日本口腔外科学会、

場規模は耳鼻咽喉科分野の方が大きいことも分かった。ま2008.

た、販売価格のおおよその目途について、貴重な意見を頂㻌10