特許 6784388 呼吸診断装置及び呼吸診断プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6784388

(24)【登録日】2020年10月27日

(45)【発行日】2020年11月11日

(54)【発明の名称】呼吸診断装置及び呼吸診断プログラム

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/08 20060101AFI20201102BHJP

【ＦＩ】

   A61B5/08

【請求項の数】4

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-155759(P2016-155759)

(22)【出願日】2016年8月8日

(65)【公開番号】特開2018-23453(P2018-23453A)

(43)【公開日】2018年2月15日

【審査請求日】2019年7月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】504258527

【氏名又は名称】国立大学法人 鹿児島大学

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100162259

【弁理士】

【氏名又は名称】末富 孝典

(74)【代理人】

【識別番号】100133592

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 浩一

(74)【代理人】

【識別番号】100168114

【弁理士】

【氏名又は名称】山中 生太

(72)【発明者】

【氏名】余 永

(72)【発明者】

【氏名】橋詰 拓馬

【審査官】 近藤 利充

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１０１３９９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−２２９３０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−０３６５２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国実用新案第２０１１３４９２９（ＣＮ，Ｙ）

【文献】 米国特許第０５６７１７３３（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ５／００ − １０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ユーザの鼻に装着され、該鼻の軟骨を通じて体導音を取り込む集音器と、
前記集音器に取り付けられ、該集音器によって取り込まれた前記体導音の振幅の時間変化を表す音データを生成するマイクロホンと、
前記マイクロホンによって生成された前記音データにフーリエ変換を施すと共に、該音データにフーリエ変換を施した結果を用いて、前記ユーザが鼻呼吸と口呼吸のいずれを行ったかの判定を行う周波数解析器と、
を備え、
前記周波数解析器が、
前記音データに対して、前記音データの或る時間幅分の部分データ毎に繰り返し前記フーリエ変換を施すと共に、前記或る時間幅毎に前記フーリエ変換で得られたパワースペクトル波形の平均周波数値を求める移動フーリエ変換処理を行うことにより、前記平均周波数値の時系列を表す時間周波数データを生成する移動フーリエ変換処理手段と、
前記時間周波数データに対して、前記時間周波数データの波形が立ち上がって振動している期間毎に平均値を求める平均化処理を行うことにより、時間軸上に並ぶ複数の矩形パルスを表す平均化時間周波数データを生成する平均化処理手段と、
前記平均化時間周波数データが表す前記矩形パルス毎に、該矩形パルスの高さを予め定められた閾値周波数と比較することにより、前記矩形パルス毎に前記ユーザが鼻呼吸と口呼吸のいずれを行ったかの判定を行い、鼻呼吸又は口呼吸が行われたことを表す前記矩形パルスのパルス時間幅の合計である延べ時間長を求め、求めた該延べ時間長に基づいて、鼻呼吸又は口呼吸が行われた割合を算出する割合算出手段と、
を有する呼吸診断装置。

【請求項2】

前記集音器が、
両端が開口した中空筒状をなし、一端に前記マイクロホンが嵌められた伝音部材と、
前記伝音部材の他端に張られ、前記ユーザの鼻に接触する薄膜と、
を有する請求項１に記載の呼吸診断装置。

【請求項3】

前記集音器を前記ユーザの鼻に装着された状態に保持する保持フレームを更に備え、
前記保持フレームが、
各々一端に前記ユーザの耳に掛ける耳掛けが形成された棒状の一対のテンプルバーと、
前記一対のテンプルバーの他端同士を繋ぐ棒状をなし、長さ方向中央部分に、前記ユーザの鼻に当てる鼻当てが形成され、前記集音器が取り付けられるフロントバーと、
を有する請求項１又は２に記載の呼吸診断装置。

【請求項4】

コンピュータに、
ユーザが呼吸をすることに伴って生じる音の振幅の時間変化を表す音データを外部から取得する音データ取得機能と、
前記音データに対して、前記音データの或る時間幅分の部分データ毎に繰り返しフーリエ変換を施すと共に、前記或る時間幅毎に前記フーリエ変換で得られたパワースペクトル波形の平均周波数値を求める移動フーリエ変換処理を行うことにより、前記平均周波数値の時系列を表す時間周波数データを生成する移動フーリエ変換処理機能と、
前記時間周波数データに対して、前記時間周波数データの波形が立ち上がって振動している期間毎に平均値を求める平均化処理を行うことにより、時間軸上に並ぶ複数の矩形パルスを表す平均化時間周波数データを生成する平均化処理機能と、
前記平均化時間周波数データが表す前記矩形パルス毎に、該矩形パルスの高さを予め定められた閾値周波数と比較することにより、前記矩形パルス毎に前記ユーザが鼻呼吸と口呼吸のいずれを行ったかの判定を行い、鼻呼吸又は口呼吸が行われたことを表す前記矩形パルスのパルス時間幅の合計である延べ時間長を求め、求めた該延べ時間長に基づいて、鼻呼吸又は口呼吸が行われた割合を算出する割合算出機能と、
を実現させる呼吸診断プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、呼吸診断装置及び呼吸診断プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

人は口と鼻のいずれでも呼吸を行えるが、口呼吸は、口内細菌の増殖をもたらしやすいだけでなく、いびきや無呼吸症候群の原因ともなりやすい。一方、鼻呼吸は、そのような弊害をもたらしにくい。また、鼻には、吸った空気を清浄化する機能がある。そこで、鼻呼吸が推奨されている。

【0003】

しかし、人は呼吸を常に意識的に行っている訳ではない為、自力で口呼吸を鼻呼吸へと改善するのは難しい。そこで、鼻呼吸と口呼吸のいずれが主に行われているかを診断する呼吸診断装置の開発が望まれる。

【0004】

特許文献１に、従来の呼吸診断装置が開示されている。この呼吸診断装置は、ユーザの顔面の鼻孔と口との間の皮膚に貼り付けられるマイクロホンと、このマイクロホンで得られた音データを解析することで、鼻呼吸と口呼吸のいずれが行われているかを判別する解析装置とを備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００５−１６０６４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記マイクロホンは、ユーザの鼻孔と口との周囲に発生する気流の音を取り込む。上記解析装置は、その音の大きさによって鼻呼吸か口呼吸かの判定を行う。この構成では、生活音等のノイズも取り込みやすい。また、音の大きさを判定基準とすると、鼻呼吸か口呼吸かの判定に誤りが生じやすい。

【0007】

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、鼻呼吸と口呼吸のいずれが行われたかの判定の正確性が高められた呼吸診断装置及び呼吸診断プログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成する為に、本発明の第１の観点に係る呼吸診断装置は、
ユーザの鼻に装着され、該鼻の軟骨を通じて体導音を取り込む集音器と、
前記集音器に取り付けられ、該集音器によって取り込まれた前記体導音の振幅の時間変化を表す音データを生成するマイクロホンと、
前記マイクロホンによって生成された前記音データにフーリエ変換を施すと共に、該音データにフーリエ変換を施した結果を用いて、前記ユーザが鼻呼吸と口呼吸のいずれを行ったかの判定を行う周波数解析器と、
を備え、
前記周波数解析器が、
前記音データに対して、前記音データの或る時間幅分の部分データ毎に繰り返し前記フーリエ変換を施すと共に、前記或る時間幅毎に前記フーリエ変換で得られたパワースペクトル波形の平均周波数値を求める移動フーリエ変換処理を行うことにより、前記平均周波数値の時系列を表す時間周波数データを生成する移動フーリエ変換処理手段と、
前記時間周波数データに対して、前記時間周波数データの波形が立ち上がって振動している期間毎に平均値を求める平均化処理を行うことにより、時間軸上に並ぶ複数の矩形パルスを表す平均化時間周波数データを生成する平均化処理手段と、
前記平均化時間周波数データが表す前記矩形パルス毎に、該矩形パルスの高さを予め定められた閾値周波数と比較することにより、前記矩形パルス毎に前記ユーザが鼻呼吸と口呼吸のいずれを行ったかの判定を行い、鼻呼吸又は口呼吸が行われたことを表す前記矩形パルスのパルス時間幅の合計である延べ時間長を求め、求めた該延べ時間長に基づいて、鼻呼吸又は口呼吸が行われた割合を算出する割合算出手段と、
を有する。

【0009】

前記集音器が、
両端が開口した中空筒状をなし、一端に前記マイクロホンが嵌められた伝音部材と、
前記伝音部材の他端に張られ、前記ユーザの鼻に接触する薄膜と、
を有してもよい。

【0010】

前記呼吸診断装置が、
前記集音器を前記ユーザの鼻に装着された状態に保持する保持フレームを更に備え、
前記保持フレームが、
各々一端に前記ユーザの耳に掛ける耳掛けが形成された棒状の一対のテンプルバーと、
前記一対のテンプルバーの他端同士を繋ぐ棒状をなし、長さ方向中央部分に、前記ユーザの鼻に当てる鼻当てが形成され、前記集音器が取り付けられるフロントバーと、
を有してもよい。

【0012】

本発明の第２の観点に係る呼吸診断プログラムは、
コンピュータに、
ユーザが呼吸をすることに伴って生じる音の振幅の時間変化を表す音データを外部から取得する音データ取得機能と、
前記音データに対して、前記音データの或る時間幅分の部分データ毎に繰り返しフーリエ変換を施すと共に、前記或る時間幅毎に前記フーリエ変換で得られたパワースペクトル波形の平均周波数値を求める移動フーリエ変換処理を行うことにより、前記平均周波数値の時系列を表す時間周波数データを生成する移動フーリエ変換処理機能と、
前記時間周波数データに対して、前記時間周波数データの波形が立ち上がって振動している期間毎に平均値を求める平均化処理を行うことにより、時間軸上に並ぶ複数の矩形パルスを表す平均化時間周波数データを生成する平均化処理機能と、
前記平均化時間周波数データが表す前記矩形パルス毎に、該矩形パルスの高さを予め定められた閾値周波数と比較することにより、前記矩形パルス毎に前記ユーザが鼻呼吸と口呼吸のいずれを行ったかの判定を行い、鼻呼吸又は口呼吸が行われたことを表す前記矩形パルスのパルス時間幅の合計である延べ時間長を求め、求めた該延べ時間長に基づいて、鼻呼吸又は口呼吸が行われた割合を算出する割合算出機能と、
を実現させる。

【発明の効果】

【0013】

本発明の第１の観点に係る呼吸診断装置によれば、集音器がユーザの鼻の軟骨を通じて体導音を取り込むので、ノイズが取り込まれ難いと共に、音データに、鼻呼吸を行った場合と口呼吸を行った場合とで周波数の差異が現れやすい。そして、割合算出手段が、平均化時間周波数データが表す矩形パルス毎に、矩形パルスの高さを予め定められた閾値周波数と比較することにより、矩形パルス毎にユーザが鼻呼吸と口呼吸のいずれを行ったかの判定を行うので、判定の正確性を高めることができる。

【0014】

本発明の第２の観点に係る呼吸診断プログラムによれば、割合算出機能が、平均化時間周波数データが表す矩形パルス毎に、矩形パルスの高さを予め定められた閾値周波数と比較することにより、矩形パルス毎にユーザが鼻呼吸と口呼吸のいずれを行ったかの判定を行う。これにより、単純に音の大きさを判定基準としていた従来技術に比べて、判定の正確性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施形態に係る呼吸診断装置の全体構成を示す概念図である。

【図2】（Ａ）は集音器の断面図、（Ｂ）は集音器付きフレームがユーザに装着された状態を示す概念図である。

【図3】（Ａ）は周波数解析器のハードウエア構成を示すブロック図、（Ｂ）は周波数解析器の機能を示すブロック図である。

【図4】（Ａ）は閾値周波数算出処理のフローチャート、（Ｂ）は呼吸診断処理のフローチャートである。

【図5】移動フーリエ変換処理の手順を説明する為の概念図である。

【図6】（Ａ）は鼻呼吸で生じた体導音を表す音データの波形、（Ｂ）はその音データに移動フーリエ変換処理を施した時間周波数データの波形、（Ｃ）はその時間周波数データに平均化処理を施した平均化時間周波数データの波形である。

【図7】（Ａ）は鼻と口の双方を用いた混合呼吸で生じた体導音を表す音データの波形、（Ｂ）はその音データに移動フーリエ変換処理を施した時間周波数データの波形、（Ｃ）はその時間周波数データに平均化処理を施した平均化時間周波数データの波形である。

【図8】（Ａ）は口呼吸で生じた体導音を表す音データの波形、（Ｂ）はその音データに移動フーリエ変換処理を施した時間周波数データの波形、（Ｃ）はその時間周波数データに平均化処理を施した平均化時間周波数データの波形である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面を参照し、本発明の実施形態に係る呼吸診断装置について説明する。図中、同一又は対応する部分に同一の符号を付す。

【0017】

図１に示すように、本実施形態に係る呼吸診断装置３００は、ユーザに装着され、ユーザから呼吸に伴って生じる音を取り込み、その音の振幅の時間変化を表す音データを生成する集音器付きフレーム１００と、集音器付きフレーム１００で生成された音データを周波数解析することで、ユーザが鼻呼吸と口呼吸のいずれを行ったかの判定を行う周波数解析器２００とを備える。

【0018】

集音器付きフレーム１００は、ユーザの鼻に装着される集音器１１０と、集音器１１０をユーザの鼻に装着された状態に保持する保持フレーム１５０とを有する。

【0019】

保持フレーム１５０は、各々一端にユーザの耳に掛ける耳掛け１６０ａが形成された棒状の左右一対のテンプルバー１６０及び１６０と、一対のテンプルバー１６０及び１６０の他端同士を繋ぐ棒状をなし、長さ方向中央部分に、ユーザの鼻に当てられる鼻当て１７０ａ及び１７０ｂが形成されたフロントバー１７０とを有する。フロントバー１７０の鼻当て１７０ａ及び１７０ｂの部分に、集音器１１０が取り付けられている。

【0020】

図２（Ａ）に示すように、集音器１１０は、両端が開口した中空円筒状をなす伝音部材１２０と、伝音部材１２０の一端に嵌められたマイクロホン１３０と、伝音部材１２０の他端に張られた薄膜１４０とを有する。伝音部材１２０の、薄膜１４０が張られた他端は、薄膜１４０をユーザの鼻の傾斜に沿わせる為に、中空円筒体をその高さ方向に対して交差する斜め方向に切断した形状を有する。

【0021】

なお、伝音部材１２０は、プラスチックで形成されており、薄膜１４０は、ポリ塩化ビニリデンで形成されている。薄膜１４０の厚さは、約１０μｍである。

【0022】

図２（Ｂ）に示すように、ユーザが保持フレーム１５０を装着したとき、薄膜１４０が、ユーザの鼻の少なくとも軟骨が存在する部分に接触した状態となる。この状態で、ユーザが呼吸を行う。すると、呼吸に伴って生じた体導音が、鼻の軟骨を通じて、薄膜１４０を振動させる。なお、体導音とは、ユーザの体内の骨や軟骨や皮膚を伝わってくる音を指す。

【0023】

そして、薄膜１４０の振動を通じて、上記体導音が、伝音部材１２０の内部空洞と伝音部材１２０自身とを伝播し、マイクロホン１３０に取り込まれる。本構成によれば、マイクロホン１３０が伝音部材１２０に取り付けられている為、ノイズが取り込まれ難いと共に、体導音を殆ど外部に散逸させることなく、効率的にマイクロホン１３０に取り込ませることができる。

【0024】

なお、薄膜１４０を鼻の少なくとも軟骨が存在する部分に接触させる理由は次の通りである。人の皮膚や筋肉や脂肪等の軟組織は、骨や軟骨に比べて、体導音の高周波数成分を大きく減衰させる。この為、軟組織の厚い部分を通じて音を取り込んでも、マイクロホン１３０によって生成される音データに、ユーザが鼻呼吸を行った場合と口呼吸を行った場合とで周波数の差異が現れ難い。

【0025】

一方、鼻の軟骨が存在する部分は、軟骨を覆う皮膚が薄い為、体導音の高周波数成分が損なわれにくい。この結果、鼻の軟骨が存在する部分を通じて体導音を取り込むと、マイクロホン１３０によって生成される音データに、ユーザが鼻呼吸を行った場合と口呼吸を行った場合とで周波数の差異が現れやすい。そこで、薄膜１４０をユーザの鼻の少なくとも軟骨が存在する部分に接触させ、鼻の軟骨を通じて体導音を取り込む。

【0026】

以上のようにして、マイクロホン１３０に体導音が取り込まれると、マイクロホン１３０は、取り込んだ体導音の振幅の時間変化を表す音データを生成すると共に、生成した音データを、図１に示したように、無線によって、周波数解析器２００に送る。周波数解析器２００は、マイクロホン１３０から取得した音データをフーリエ変換し、フーリエ変換することで得られたパワースペクトルデータを用いて、ユーザが鼻呼吸と口呼吸のいずれを行ったかの判定を行う。

【0027】

本願発明者らの研究によれば、ユーザが鼻呼吸のみを行った場合に生成される音データの周波数は、同ユーザが口呼吸又は口と鼻の双方を用いた混合呼吸を行った場合に生成される音データの周波数よりも高い傾向にあることが判明した。従って、ユーザが鼻呼吸のみを行った場合の音データが表す周波数を予め求めておき、その周波数を閾値（以下、閾値周波数）として用いると、同ユーザが鼻呼吸と口呼吸のいずれを行ったかの判定が可能となる。

【0028】

そこで、本実施形態では、予めユーザが、ティーチングの為に、意識的に鼻呼吸のみを行う。これにより、鼻呼吸のみを行った場合の音データが周波数解析器２００に与えられる。周波数解析器２００は、その音データを用いて、閾値周波数を算出する処理（以下、閾値周波数算出処理という）を行う。その後、周波数解析器２００は、同ユーザが無意識的に呼吸を行った場合の音データの周波数と、閾値周波数との比較によって、その無意識的に複数回行われた呼吸のうち鼻呼吸が行われた割合を判定する処理（以下、呼吸診断処理という）を行う。以下、周波数解析器２００について詳細に説明する。

【0029】

図３（Ａ）に示すように、周波数解析器２００は、記憶部２１０、ＲＡＭ（Random Access Memory）２２０、通信Ｉ／Ｆ（interface）２３０、表示部２４０、及びＣＰＵ（Central Processing Unit）２５０が、バス２６０で接続された構成を有する。

【0030】

記憶部２１０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、フラッシュメモリ等の不揮発性の記憶媒体を含んで構成され、呼吸診断プログラム２１１と、予め求められた閾値周波数２１２とを記憶している。

【0031】

呼吸診断プログラム２１１は、（ｉ）ティーチングの為にマイクロホン１３０から与えられる鼻呼吸の音を表す音データを用いて閾値周波数２１２を求め、求めた閾値周波数２１２を記憶部２１０に格納する閾値周波数算出処理、及び（ｉｉ）その閾値周波数２１２と、マイクロホン１３０から与えられる音データとを用いてユーザの呼吸を診断する呼吸診断処理をＣＰＵ２５０に実行させる。具体的には、呼吸診断プログラム２１１は、ＣＰＵ２５０を、後述する図３（Ｂ）に示す各部として機能させる。

【0032】

ＲＡＭ２２０は、ＣＰＵ２５０のメインメモリとして機能し、ＣＰＵ２５０による呼吸診断プログラム２１１の実行に際し、呼吸診断プログラム２１１が展開されると共に、マイクロホン１３０から取得された音データ等が一時的に記憶される。

【0033】

通信Ｉ／Ｆ２３０は、マイクロホン１３０から、無線通信によって、音データを取得する為のハードウエアである。

【0034】

表示部２４０は、ＣＰＵ２５０による呼吸診断処理の結果を出力する為のディスプレイで構成される。

【0035】

図３（Ｂ）は、ＣＰＵ２５０が実現する機能を示すブロック図である。上記呼吸診断プログラム２１１は、ＣＰＵ２５０に、音データを取得する音データ取得部２５１、音データ取得部２５１で取得された音データに繰り返しフーリエ変換を施す移動フーリエ変換処理部２５２、移動フーリエ変換処理部２５２の出力に平均化処理を施す平均化処理部２５３、平均化処理部２５３の出力を用いて閾値周波数２１２を算出する閾値周波数算出部２５５、閾値周波数２１２と平均化処理部２５３の出力とを用いて、ユーザが鼻呼吸を行っている割合を求める鼻呼吸率算出部２５６、及び鼻呼吸率算出部２５６の判定結果を表示部２４０に出力させる出力部２５７としての機能を実現させる。

【0036】

なお、移動フーリエ変換処理部２５２と平均化処理部２５３とによって、周波数変動データ生成部２５４が構成されている。周波数変動データ生成部２５４は、音データを用いて上記体導音の周波数の時間変化を表す周波数変動データを生成する。

【0037】

以下、図４に示すフローチャートに従い、図５〜図８も参照しながら、上記各部としてのＣＰＵ２５０が行う処理を具体的に説明する。

【0038】

図４（Ａ）を参照し、まず閾値周波数算出処理について説明する。前提として、ユーザは、図２（Ｂ）に示したように保持フレーム１５０を装着した状態で、ティーチングの為に、意識的に鼻呼吸のみを行う。これにより、マクロホン１３０から、鼻呼吸を行った場合に生じる体導音を表す音データが出力される。音データ取得部２５１は、マイクロホン１３０から出力されるその音データの、通信Ｉ／Ｆ２３０を通じた取得を開始する（ステップＳ２１）。

【0039】

次に、移動フーリエ変換処理部２５２が、音データ取得部２５１によって取得されている音データに対して、移動フーリエ変換処理を施す（ステップＳ２２）。移動フーリエ変換処理とは、音データに対して、その或る時間幅分の部分データ毎に、繰り返しフーリエ変換を施すと共に、その時間幅毎にフーリエ変換で得られたパワースペクトル波形の平均周波数値を求める処理をいう。

【0040】

図５を参照し、移動フーリエ変換処理を具体的に説明する。まず、移動フーリエ変換処理部２５２は、音データＤのうち或る時間幅Ｔ１分の部分データをフーリエ変換し、図示せぬパワースペクトルデータを得る。次に、移動フーリエ変換処理部２５２は、そのパワースペクトルデータに含まれる各周波数値の、パワーで重み付けられた加重平均値を、平均周波数値Ｆ１として求める。

【0041】

次に、移動フーリエ変換処理部２５２は、ずらし時間ΔＴ後の同じ時間幅Ｔ２分の部分データについて、同様に平均周波数値Ｆ２を求める。なお、Ｔｉ＜ΔＴであり、時間幅ＴｉとＴｉ＋１とは重なりを有する（ここでｉは１以上の整数とする）。このようにして、移動フーリエ変換処理部２５２は、ずらし時間ΔＴ毎に、繰り返しフーリエ変換を行い、平均周波数値を求めることで、時間周波数データＦを生成する。即ち、時間周波数データＦは、ずらし時間ΔＴ間隔で時間軸上に並ぶ平均周波数値の時系列データである。ここで、Ｔ１，Ｔ２，…の各時間幅は等しい。

【0042】

なお、マイクロホン１３０による体導音のサンプリング周波数は、例えば４４１００［Ｈｚ］であり、Ｔ１，Ｔ２，…の各時間幅は、例えば０．０５［ｓｅｃ］であり、ずらし時間ΔＴは、例えば０．０１［ｓｅｃ］である。

【0043】

図６（Ｂ）に、以上のようにして得られた時間周波数データＦの実際の波形を示す。また、図６（Ａ）に、図６（Ｂ）の波形と同じ時間スケールで表した音データＤの実際の波形を示す。音データＤの波形が相対的に激しく振動している期間Ｂは、ユーザが息を吸っている期間又は吐いている期間を表す。この期間Ｂに、時間周波数データＦの波形も立ち上がって振動している。期間Ｂは、概ね０．５［ｓｅｃ］以上である。

【0044】

図４（Ａ）に戻り、次に、ステップＳ２３で、平均化処理部２５３が、時間周波数データＦに対して平均化処理を施すことにより、上述した周波数変動データとしての平均化時間周波数データを生成する（ステップＳ２３）。次に、閾値周波数算出部２５５が、平均化時間周波数データを用いて、閾値周波数２１２を算出する（ステップＳ２４）。以下、ステップＳ２３とＳ２４の処理を具体的に説明する。

【0045】

図６（Ｃ）に、図６（Ｂ）に示した時間周波数データＦに対して平均化処理を施すことにより得られた平均化時間周波数データＧの実際の波形を示す。平均化処理部２５３は、時間周波数データＦにおける呼気又は吸気を表す各期間Ｂの部分データ毎に平均値を求める平均化処理を行う。これにより、矩形波状の平均化時間周波数データＧが得られる。

【0046】

なお、平均化処理部２５３は、時間周波数データＦの波形が０．５［ｓｅｃ］以上にわたって立ち上がって振動が継続している期間を、呼気又は吸気を表す期間Ｂとみなす。

【0047】

閾値周波数算出部２５５は、平均化時間周波数データＧを構成する周波数値の、呼気又は吸気を表す期間Ｂの間での平均値を算出し、その算出結果を閾値周波数２１２とする。なお、図６（Ｃ）に示す具体例では、閾値周波数２１２は、１５０［Ｈｚ］であった。閾値周波数算出部２５５は、算出した閾値周波数２１２を記憶部２１０（図３（Ａ）参照）に格納する。

【0048】

図４（Ｂ）を参照し、次に呼吸診断処理について説明する。呼吸診断処理は、以上のようにして求めた閾値周波数２１２と、ユーザが無意識的に呼吸を行った場合に得られる音データＤとを用いて、鼻呼吸が行われた割合を判定する処理である。

【0049】

前提として、ＣＰＵ２５０は、閾値周波数２１２が既に定まっているか否かを判定し（ステップＳ１）、閾値周波数が未だ定まっていなければ（ステップＳ１；ＮＯ）、図４（Ａ）に示した手順で閾値周波数算出処理を行っておく（ステップＳ２）。

【0050】

ユーザは、図２（Ｂ）に示したように保持フレーム１５０を装着した状態で、無意識的に呼吸を行う。これにより、マクロホン１３０から、体導音を表す音データＤが出力される。音データ取得部２５１は、閾値周波数が既に定まっている場合（ステップＳ１；ＹＥＳ）、マイクロホン１３０から出力されるその音データＤの取得を開始する（ステップＳ３）。

【0051】

次に、移動フーリエ変換処理部２５２が、音データ取得部２５１によって取得されている音データＤに対して、移動フーリエ変換処理を施すことで、時間周波数データＦを生成する（ステップＳ４）。

【0052】

次に、平均化処理部２５３が、時間周波数データＦに対して平均化処理を施すことで、周波数変動データとしての平均化時間周波数データＧを生成する（ステップＳ５）。なお、ステップＳ４〜Ｓ５の処理は、既述のステップＳ２２〜Ｓ２３の処理と同じである。

【0053】

次に、鼻呼吸率算出部２５６が、平均化時間周波数データを用いて、ユーザが鼻呼吸を行っている割合を求める鼻呼吸率算出処理を行い（ステップＳ６）、その判定結果を表示部２４０に表示させる（ステップＳ７）。

【0054】

図７を参照し、以下、鼻呼吸率算出処理について具体的に説明する。図７（Ａ）はステップＳ３で取得される音データＤの波形の具体例を示す。図７（Ｂ）は、その音データＤに対して、ステップＳ４で移動フーリエ変換処理を施すことで得られた時間周波数データＦの波形を示す。図７（Ｃ）は、その時間周波数データＦに対して、ステップＳ５で平均化処理を施すことで得られた平均化時間周波数データＧの波形を示す。

【0055】

図７（Ｃ）で、鼻呼吸率算出部２５６は、平均化時間周波数データＧを構成する周波数値を閾値周波数Ａ（本実施形態では１５０［Ｈｚ］）と比較する。具体的には、鼻呼吸率算出部２５６は、平均化時間周波数データＧの波形を構成する、時間軸上に並ぶ複数の矩形パルスＰの各々について、その矩形パルスＰの高さが閾値周波数Ａ以上か否かを判定する。

【0056】

既述のように、ユーザが口呼吸を行った場合に生成される音データＤの周波数は閾値周波数Ａ未満となり、鼻呼吸を行った場合に生成される音データＤの周波数は閾値周波数Ａ以上となる。従って、矩形パルスＰの高さが閾値周波数Ａ以上であれば、その矩形パルスＰは鼻呼吸を表し、矩形パルスＰの高さが閾値周波数Ａ未満であれば、その矩形パルスＰは口呼吸を表す。このようにして、鼻呼吸率算出部２５６は、ユーザが鼻呼吸と口呼吸のいずれを行ったかの判定を繰り返し行う。

【0057】

これにより、鼻呼吸率算出部２５６は、平均化時間周波数データＧの波形を構成する全ての矩形パルスＰのうちの、閾値周波数Ａ以上の高さをもつ矩形パルスＰＮを複数特定する。次に、鼻呼吸率算出部２５６は、それら矩形パルスＰＮのパルス時間幅の合計ＴＹを求める。次に、鼻呼吸率算出部２５６は、求めたＴＹの、平均化時間周波数データＧの波形を構成する全ての矩形パルスＰのパルス時間幅の合計ＴＸに占める割合、（ＴＹ／ＴＸ）×１００［％］を鼻呼吸率として算出する。

【0058】

ここで、ＴＸはユーザが吸気又は呼気を行った延べ時間長を表す。また、ＴＹは鼻で吸気又は呼気を行った延べ時間長を表す。従って、（ＴＹ／ＴＸ）×１００［％］は、鼻呼吸が行われた割合である鼻呼吸率を表す。

【0059】

なお、図７（Ｃ）に示した具体例では、鼻呼吸率は、約３５％であった。鼻呼吸率算出部２５６は、鼻呼吸率算出処理の結果として、鼻呼吸率が約３５％である旨を表示部２４０に表示させる。

【0060】

図８は、鼻呼吸率の判定の正確性を検証する為に、ユーザが意図的に口呼吸のみを行った場合に得られる各波形を示す。具体的には、図８（Ａ）はステップＳ３で取得される音データＤの波形を示す。図８（Ｂ）は、その音データＤに対して、ステップＳ４で移動フーリエ変換処理を施すことで得られた時間周波数データＦの波形を示す。図８（Ｃ）は、その時間周波数データＦに対して、ステップＳ５で平均化処理を施すことで得られた平均化時間周波数データＧの波形を示す。

【0061】

図８（Ｃ）に示した具体例では、平均化時間周波数データＧの波形を構成する全ての矩形パルスＰのパルス時間幅の合計ＴＸに占める、閾値周波数Ａ（本実施形態では１５０［Ｈｚ］）以上の周波数値をもつ矩形パルスＰＮのパルス時間幅の合計ＴＹの割合である鼻呼吸率は、約５％未満であった。このことから、鼻呼吸率の判定の正確性が確かめられた。

【0062】

以上説明したように、本実施形態によれば、集音器１１０がユーザの鼻の軟骨を通じて体導音を取り込むので、生活音等のノイズを取り込み難いと共に、音データＤに、鼻呼吸を行った場合と口呼吸を行った場合とで周波数の差異が現れやすい。

【0063】

そして、周波数解析器２００が、この音データＤにフーリエ変換を施すと共に、フーリエ変換の結果を用いて、ユーザが鼻呼吸と口呼吸のいずれを行ったかの判定を行う。具体的には、ユーザが呼吸をすることに伴って生じる音の周波数の時間変化を表す周波数変動データとしての平均化時間周波数データＧを、予め算出した閾値周波数２１２と比較することにより、ユーザが鼻呼吸と口呼吸のいずれを行ったかの判定を行う。これにより、単純に音の大きさを判定基準としていた従来技術に比べて、ユーザが鼻呼吸と口呼吸のいずれを行ったかの判定の正確性を高めることができる。

【0064】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、以下に述べる変形が可能である。

【0065】

上記実施形態では、平均化時間周波数データＧの波形を構成する全ての矩形パルスＰのパルス時間幅の合計ＴＸに占める、閾値周波数２１２以上の周波数値をもつ矩形パルスＰＮのパルス時間幅の合計ＴＹの割合を鼻呼吸率としたが、平均化時間周波数データＧの波形を構成する全ての矩形パルスＰの個数Ｘに対する、閾値周波数２１２以上の周波数値をもつ矩形パルスＰＮの個数Ｙの割合（Ｙ／Ｘ）×１００［％］を鼻呼吸率としてもよい。即ち、閾値周波数以上の周波数値をもつ矩形パルスＰＮの個数Ｙも、鼻呼吸が行われた延べ時間長を表すといえる。

【0066】

上記実施形態では、ユーザが鼻呼吸を行った割合である鼻呼吸率を算出したが、同様にして、ユーザが口呼吸を行った割合である口呼吸率を算出するようにしてもよい。また、鼻呼吸率と口呼吸率の双方を算出するようにしてもよい。

【0067】

上記実施形態では、閾値周波数算出処理を必須としたが、閾値周波数２１２をユーザ間で共通とする場合は、閾値周波数算出処理を省略し、その共通の閾値周波数２１２を予め記憶部２１０に格納しておいてもよい。

【0068】

なお、呼吸診断プログラム２１１を既存のコンピュータにインストールすることで、そのコンピュータを周波数解析器２００として機能させることができる。呼吸診断プログラム２１１の配布方法は任意であり、有線又は無線の通信回線を介して配布してもよいし、光ディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布してもよい。

【0069】

本発明は、その広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされる。上記実施形態は、本発明を説明する為のものであり、本発明の範囲を限定するものではない。本発明の範囲は、実施形態ではなく、請求の範囲によって示される。請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。

【符号の説明】

【0070】

１００…集音器付きフレーム、１１０…集音器、１２０…伝音部材、１３０…マイクロホン、１４０…薄膜、１５０…保持フレーム、１６０…テンプルバー、１６０ａ…耳掛け、１７０…フロントバー、１７０ａ，１７０ｂ…鼻当て、２００…周波数解析器、２１０…記憶部、２１１…呼吸診断プログラム、２１２，Ａ…閾値周波数、２２０…ＲＡＭ、２３０…通信Ｉ／Ｆ、２４０…表示部、２５０…ＣＰＵ、２５１…音データ取得部、２５２…移動フーリエ変換処理部、２５３…平均化処理部、２５４…周波数変動データ生成部（周波数変動データ生成手段）、２５５…閾値周波数算出部、２５６…鼻呼吸率算出部（割合算出手段）、２５７…出力部、２６０…バス、３００…呼吸診断装置、Ｂ…吸気又は呼気の期間、Ｄ…音データ、Ｆ…時間周波数データ、Ｇ…平均化時間周波数データ（周波数変動データ）、Ｐ，ＰＮ…矩形パルス。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】