特許 7593845 呼吸音検出装置及びこれを用いた呼吸音検出方法

(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】

(24)【登録日】2024-11-25

(45)【発行日】2024-12-03

(54)【発明の名称】呼吸音検出装置及びこれを用いた呼吸音検出方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/08 20060101AFI20241126BHJP

【ＦＩ】

A61B5/08

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021045141

(22)【出願日】2021-03-18

(65)【公開番号】P2022144228

(43)【公開日】2022-10-03

【審査請求日】2023-11-28

(73)【特許権者】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003281

【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】久保田 忠弘

(72)【発明者】

【氏名】大橋 智昭

【審査官】村田 泰利

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２０４７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００３／０１３０５６８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１５／０２９５０１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－０７８７２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ５／０６－５／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ユーザの頭部に装着可能な装着部と、
前記装着部に支持され、前記装着部を装着したユーザの呼吸音を検出する検出部と、を備え、
前記検出部は、
ハウジングと、
前記ハウジングに取り付けられ、呼吸音により振動する第一の振動板と、
前記第一の振動板と離間して前記ハウジングに取り付けられ、前記第一の振動板を通して呼吸音を集音する集音部と、を含み、
前記集音部は、前記第一の振動板と離間した第二の振動板を含み、
前記ハウジングの内面、前記第一の振動板、及び前記第二の振動板により、前記ハウジングの内部に、密閉内部空間が画定される、
ことを特徴とする呼吸音検出装置。

【請求項2】

請求項１に記載の呼吸音検出装置であって、
前記密閉内部空間が不活性ガス又はドライ空気で満たされる、
ことを特徴とする呼吸音検出装置。

【請求項3】

請求項１から２までのいずれか１項に記載の呼吸音検出装置であって、
前記第一の振動板の共振周波数は、１００Ｈｚから６００Ｈｚまでの値である、
ことを特徴とする呼吸音検出装置。

【請求項4】

請求項１から３までのいずれか１項に記載の呼吸音検出装置であって、
前記検出部で検出された呼吸音が、呼気音であるか吸気音であるかを判別する判別部をさらに備える、
ことを特徴とする呼吸音検出装置。

【請求項5】

請求項４に記載の呼吸音検出装置であって、
前記判別部は、検出部で検出された呼吸音の振幅強度の差に基づいて判別を行う、
ことを特徴とする呼吸音検出装置。

【請求項6】

請求項１から５までのいずれか１項に記載の呼吸音検出装置であって、
前記第一の振動板は、前記装着部がユーザの頭部に装着された状態で、ユーザの鼻に接するように配置される、
ことを特徴とする呼吸音検出装置。

【請求項7】

請求項１から６までのいずれか１項に記載の呼吸音検出装置であって、
前記装着部は、前記装着部に対する前記検出部の配置を調整可能な調整部を含む、
ことを特徴とする呼吸音検出装置。

【請求項8】

請求項１から７までのいずれか１項に記載の呼吸音検出装置であって、
前記装着部は、メガネ型の形状を有する、
ことを特徴とする呼吸音検出装置。

【請求項9】

請求項１から８までのいずれか１項に記載の呼吸音検出装置であって、
前記検出部の検出結果に関する情報を無線送信可能な送信部をさらに備える、
ことを特徴とする呼吸音検出装置。

【請求項10】

請求項１から９までのいずれか１項に記載の呼吸音検出装置を用いて前記呼吸音検出装置を装着したユーザの呼吸音を検出する検出工程を含む、ことを特徴とする呼吸音検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、呼吸音検出装置及びこれを用いた呼吸音検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ユーザの頭部に装着してユーザの呼吸に関する測定を行う装置が知られている（特許文献１～３）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１１－１２５６８２号公報

【文献】登録実用新案第３１３１５９７号公報

【文献】特開２０１４－０６４６７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

呼吸音の測定においては、ノイズの影響を排除しつつ、効果的に呼吸音を集音することが望まれる。

【0005】

本発明は、ノイズの影響を排除しつつ、効果的に呼吸音を集音する技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様によれば、
ユーザの頭部に装着可能な装着部と、
前記装着部に支持され、前記装着部を装着したユーザの呼吸音を検出する検出部と、を備え、
前記検出部は、
ハウジングと、
前記ハウジングに取り付けられ、呼吸音により振動する第一の振動板と、
前記第一の振動板と離間して前記ハウジングに取り付けられ、前記第一の振動板を通して呼吸音を集音する集音部と、を含み、
前記集音部は、前記第一の振動板と離間した第二の振動板を含み、
前記ハウジングの内面、前記第一の振動板、及び前記第二の振動板により、前記ハウジングの内部に、密閉内部空間が画定される、
ことを特徴とする呼吸音検出装置が提供される。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、ノイズの影響を排除しつつ、効果的に呼吸音を集音することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】一実施形態に係る呼吸音検出装置の概略を示す図。

【図2】呼吸音検出装置の検出部及びその周辺部の拡大図。

【図3】検出部の内部構造を示す断面図。

【図4】呼吸音検出装置のハードウェア構成を示すブロック図。

【図5】呼吸音検出装置による呼吸音の波形解析の一例を説明する図。

【図6】ＣＰＵにより実行される処理の一例を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴のうち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

【0010】

＜１．呼吸音検出装置の構成＞
＜１．１．概略＞
図１は、一実施形態に係る呼吸音検出装置１（以下、装置１と表記することがある）の概略を示す図である。また、図２は、装置１の検出部１４及びその周辺部の拡大図である。装置１は、ユーザの呼吸音を検出するための装置である。装置１は、装着部１２と、検出部１４と、信号処理部１６と、無線送信部１８と、を含む。

【0011】

装着部１２は、ユーザの頭部に着脱可能に構成される。本実施形態では、装着部１２は、メガネ型の形状を有する。このため、ユーザは装着部１２を容易に着脱することができる。なお、本実施形態の説明では、頭部は人の首より上の部分を指す。また、装着部１２の形状は例示であって、適宜変更可能である。例えば、装着部１２は、ヘルメット型の形状を有していてもよい。装着部１２は、フレーム部１２１と、延長部１２２と、調整部１２３とを含む。

【0012】

フレーム部１２１は、装置１の各種構成部品を支持する。フレーム部１２１は、例えば金属材料又は樹脂材料で形成される。延長部１２２は、フレーム部１２１から延長するように設けられ、フレーム部１２１と検出部１４とを接続するための部材である。延長部１２２は、ユーザが装置１を装着した状態で、ユーザの眉間の辺りから鼻へと向かうに、フレーム部１２１から下方に延びて設けられている。調整部１２３は、装着部１２に対する検出部１４の配置を調整可能に構成される。調整部１２３は、延長部１２２側の支持部材１２３１と、検出部１４側の変位部材１２３２とを含む。そして、変位部材１２３２が支持部材１２３１に対して変位することで、変位部材１２３２と接続する検出部１４の配置を装着部１２に対して調整することができる。例えば、調整部１２３は、ユニバーサルジョイントや球面軸受等であってもよく、変位部材１２３２が支持部材１２３１に対して揺動可能に支持されてもよい。

【0013】

検出部１４は、装着部１２に支持され、装着部１２を装着したユーザの呼吸音を検出する。検出部１４は、呼吸音の信号波形を示す電気信号を信号処理部１６に対して出力する。なお、本実施形態では、検出部１４は、ユーザの鼻の右側に接触又は近接するように１つ設けられている。しかしながら、検出部１４は、ユーザの鼻の左側に接触又は近接するように設けられてもよいし、ユーザの鼻の両側に接触又は近接するように２つ設けられてもよい。検出部１４の詳細な構成については後述する（図３）。

【0014】

信号処理部１６は、検出部１４から出力された電気信号の処理を行う。信号処理部１６の詳細な構成については後述する（図４）。

【0015】

無線送信部１８は、検出部１４の検出結果に関する情報を無線送信可能に構成される。例えば、無線送信部１８は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（商標登録）、Ｗｉ‐Ｆｉ（商標）又はその他の公知の無線通信方式により外部の装置と通信する。なお、無線送信部１８が送信する情報は、検出部１４が出力した情報そのものであってもよいし、信号処理部１６によって処理された後の情報であってもよい。
なお、装置１は、上述した構成の他、各構成要素に電力を供給するバッテリ等を含み得る。

【0016】

＜１．２．検出部＞
図２と併せて図３を参照する。図３は、検出部１４の内部構造を示す断面図である。検出部１４は、ハウジング１４１と、振動板１４２と、集音部１４３とを含む。

【0017】

ハウジング１４１は、検出部１４の外形を構成する部材である。ハウジング１４１は、周壁１４１１と、底壁１４１２とを含む。周壁１４１１は、筒状の形状を有し、筒状の形状の両端には開口１４１１ａ及び開口１４１１ｂが形成されている。また、周壁１４１１の内面１４１１ｃには、集音部１４３の軸方向の位置決めを行うための段差１４１１ｄが形成されている。この段差１４１１ｄにより、組み立て時に振動板１４２と集音部１４３との間隔を一定の値にすることができる。底壁１４１２は、開口１４１１ｂを覆うように周壁１４１１に対して取り付けられるとともに、変位部材１２３２と接続するように設けられる。ハウジング１４１の材料には金属材料や樹脂材料等公知の材料を適宜採用可能である。例えば、ハウジング１４１はアルミニウムで形成されてもよい。また、周壁１４１１は円筒形状であるが、形状は適宜変更可能である。

【0018】

振動板１４２は、呼吸音により振動する板状の部材である。振動板１４２は、例えばダイヤフラムである。振動板１４２は、ハウジング１４１に取り付けられる。具体的には、振動板１４２は、周壁１４１１の開口１４１１ａを塞ぐように、周壁１４１１に対して取り付けられる。振動板１４２は、例えばエポキシ樹脂系の接着剤による接着等、公知の態様で周壁１４１１に固定される。

【0019】

また、本実施形態では、振動板１４２は、装着部１２がユーザの頭部に装着された状態で、ユーザの鼻に接するように配置される。これにより、振動板１４２は、ノイズとなる外部の音は集音部１４３に伝達せずに、鼻との接触部分から呼吸音を集音部１４３へと伝達することができる。したがって、ＳＮ比が低減される。振動板１４２の接触位置は、より詳細には、装着者であるユーザの鼻根から鼻尖までのいずれかの部分の鼻表面であってもよい。また、振動板１４２がユーザの鼻の骨の無い部分に接触するように配置されることにより、検出可能な音圧が大きくなり、ＳＮ比がより低減される。

【0020】

なお、装着部１２がユーザの頭部に装着された状態で、振動板１４２がユーザの頭部に接触せずに所定の間隔で離間する構成も採用可能である。このような場合には、振動板１４２は、声による骨伝導又は皮膚伝導による振動板１４２の振動は集音部１４３に伝達することなく呼吸音を集音部１４３に伝達することができる。

【0021】

振動板１４２は、その共振周波数が１００Ｈｚから６００Ｈｚまでの値となるように構成されてもよい。さらに言えば、振動板１４２の共振周波数は２００Ｈｚから５００Ｈｚまでの間であってもよい。ここで、共振周波数ｆ（Ｈｚ）は、
ｆ＝（Ｋｔ／２πｄ^２）＊√（Ｅ／３ρ（１－σ^２）） 式（１）
（Ｋ：節円係数、ｔ：厚さ（ｍ）、ｄ：半径（ｍ）、Ｅ：ヤング率（Ｐａ）、ρ：密度（ｋｇ／ｍ^３）、σ：ポアソン比）
で表される。よって、上記式（１）に基づいて、振動板１４２の厚さ（ｔ）、半径（ｄ）、材料（E、ρに影響）等が設定されてもよい。振動板１４２の共振周波数を呼吸音の周波数帯に含まれるような値にすることにより、検出部１４が効果的に呼吸音を検出することができる。一実施形態において、振動板１４２はアルミニウムであってもよい。

【0022】

集音部１４３は、振動板１４２を通して呼吸音を集音する。詳細には、集音部１４３は、振動板１４２を介して入力された呼吸音の音波を電気信号に変更する。集音部１４３は、例えばマイクロフォンであってもよく、詳細にはコンデンサマイク又はＭＥＭＳ(Micro Electronics Mechanical System)マイクロフォン等であってもよい。集音部１４３は、周壁１４１１の内部において、振動板１４２と離間して配置されている。すなわち、集音部１４３の構成部品として振動板が設けられる場合、それとは異なる振動板である振動板１４２が、集音部１４３と離間して設けられている。

【0023】

本実施形態では、ハウジング１４１の周壁１４１１の内面１４１１ｃ、振動板１４２及び集音部１４３により、ハウジング１４１の内部に内部空間１４１ａが画定される。このように、外部と区画された内部空間１４１ａを介して振動板１４２から集音部１４３へと呼吸音が伝達されるので、ノイズの発生を抑制しつつ、呼吸音を集音することができる。

【0024】

また、内部空間１４１ａは密閉空間であってもよく、不活性ガス又はドライ空気で満たされてもよい。これにより、内部空間１４１ａにおける呼吸音の伝達性を向上することができる。例えば、周壁１４１１に振動板１４２が取り付けられた状態で、ドライ空気雰囲気にて集音部１４３が周壁１４１１に接着や機械封止等により固定されることにより、内部空間１４１ａがドライ雰囲気で満たされる。不活性ガスは、窒素又はヘリウム等であってもよい。

【0025】

＜１．３．制御構成＞
図４は、装置１のハードウェア構成を示すブロック図である。検出部１４は、集音部１４３により、集音された呼吸音を信号波形（以下、波形と表記することがある）に変換して信号処理部１６に出力する。信号処理部１６は、検出部１４から受け付けた呼吸音の波形に所定の処理を行う。無線送信部１８は、信号処理部１６から受け付けた情報を外部の装置へと無線送信する。

【0026】

信号処理部１６は、増幅回路１６１と、ＡＤ変換回路１６２と、ＣＰＵ(Central Processing Unit)１６３と、メモリ１６４とを含む。増幅回路１６１は、検出部１４から受け付けた呼吸音の波形を増幅させる。ＡＤ変換回路１６２は、増幅回路１６１によって増幅された波形をアナログ信号からデジタル信号に変換する。ＣＰＵ１６３は、ＡＤ変換回路１６２による変換後の波形に対して所定の処理を実行する。メモリ１６４は、例えばＲＯＭ(Read Only Memory)又はＲＡＭ(Random Access Memory)等を含み、ＣＰＵ１６３が実行するプログラムを記憶したり、ＣＰＵ１６３のワーキングメモリとして用いられたりする。すなわち、本実施形態では、ＣＰＵ１６３がメモリ１６４に記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、検出部１４の検出結果に対して所定の処理を行うための機能が実現される。

【0027】

ＣＰＵ１６３が実行する処理としては、ＡＤ変換回路１６２による変換後の波形に対するフィルタ処理、包絡線解析処理等が挙げられる。また、ＣＰＵ１６３は、包絡線解析の解析結果に基づいて、呼吸周期の特定や、呼気と吸気の判別等を実行する。

【0028】

なお、ＣＰＵ１６３が実現する機能は、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等、公知の半導体装置により実現されてもよい。また、ここでは信号処理部１６を単一の要素として示すが、信号処理部１６は必要に応じて２以上の要素に分けられてもよい。

【0029】

＜２．呼吸音検出装置による波形解析＞
図５は、装置１による呼吸音の波形解析の一例を説明する図である。ここで、波形２０は、検出部１４により検出され、増幅回路１６１による増幅、ＡＤ変換回路１６２によるアナログ‐デジタル変換、又はＣＰＵ１６３によるフィルタ処理等の所定の処理がなされた呼吸音の模式的な波形である。また、包絡線２２は、波形２０の包絡線である。また、図６は、ＣＰＵ１６３により実行される処理の一例を示すフローチャートである。本フローチャートは、ＣＰＵ１６３が検出部１４の検出結果に基づき取得した波形２０の呼吸周期を特定するための処理である。例えば、本フローチャートはＣＰＵ１６３がメモリ１６４に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより実行される。

【0030】

ステップＳ１（以下単にＳ１と表記し、他のステップも同様とする）で、ＣＰＵ１６３は、波形２０の包絡線２２を生成する。なお包絡線２２の生成は、専用の回路等によって実行されてもよい。包絡線を生成することによって音圧の変化を検知しやすくなるため、ノイズの影響を受けずに呼吸周期を求めることができる。

【0031】

Ｓ２で、ＣＰＵ１６３は、吸気のピークＰ１～Ｐ３を検出する。本実施形態の検出部１４により検出される呼吸音の波形では、振幅強度の大きい領域（吸気）と振幅強度が小さい領域（呼気）とが一対となって現れる。そこで、ＣＰＵ１６３は、振幅強度の差に基づいて、振幅のピークが吸気のピークＰ１～Ｐ３であるか呼気のピークＰ１１～Ｐ１３であるかを判別し、吸気のピークＰ１～Ｐ３を検出する。一例として、ＣＰＵ１６３は、検出した振幅のピークの振幅強度と閾値とを比較し、振幅強度が閾値を超えるピークを吸気のピークＰ１～Ｐ３であると判別し、振幅強度が閾値を以下のピークを呼気のピークＰ１１～Ｐ１３であると判別してもよい。

【0032】

Ｓ３で、ＣＰＵ１６３は、呼吸周期を特定する。具体的には、ＣＰＵ１６３は、Ｓ２で検出した吸気のピークＰ１～Ｐ３同士の間隔を計測することにより、呼吸周期Ｃ１～Ｃ２を特定する。

【0033】

このように、本実施形態によれば、信号処理部１６は検出部１４の検出結果に基づき呼吸周期を特定することができる。なお、信号処理部１６は、包絡線２２に基づいて各周期における吸気と呼気それぞれの期間等を特定してもよい。また、前述した波形解析は例示であって、信号処理部１６は他の公知の技術を用いて検出部１４により検出された波形に対する処理を行ってもよい。例えば、信号処理部１６は、包絡線２２の生成を行わずに波形２０に基づいて吸気のピークＰ１～Ｐ３を検出し、呼吸周期Ｃ１～Ｃ２を特定してもよい。すなわち、信号処理部１６は、検出部１４により検出された音圧に基づいて呼吸周期を求めてもよい。これにより、包絡線の生成を行う場合と比べて低コストで呼吸周期の特定を行うことができる。

【0034】

＜３．実施形態のまとめ＞
上記実施形態は、以下の呼吸音検出装置(1)及び呼吸音検出方法を少なくとも開示する。

【0035】

１．上記実施形態の呼吸音検出装置は、
ユーザの頭部に装着可能な装着部(12)と、
前記装着部に支持され、前記装着部を装着したユーザの呼吸音を検出する検出部(14)と、を備え、
前記検出部は、
ハウジング(141)と、
前記ハウジングに取り付けられ、呼吸音により振動する振動板(142)と、
前記振動板と離間して前記ハウジングに取り付けられ、前記振動板を通して呼吸音を集音する集音部(143)と、を含み、
前記ハウジングの内面、前記振動板、及び前記集音部により、前記ハウジングの内部に内部空間(141a)が画定される。

【0036】

この実施形態によれば、呼吸音による振動板の振動がハウジングの内部に画定される内部空間を介して集音部に伝達される。よって、ハウジングによって外部の音を遮音しつつ振動板から集音部に呼吸音が伝達されるので、ノイズの影響を排除しつつ、効果的に呼吸音を集音することができる。

【0037】

２．上記実施形態によれば、
前記内部空間は密閉空間であり、
前記密閉空間が不活性ガス又はドライ空気で満たされる。

【0038】

この実施形態によれば、振動板から集音部への振動の伝達をより効果的に行うことができる。

【0039】

３．上記実施形態によれば、
前記振動板の共振周波数は、１００Ｈｚから６００Ｈｚまでの値である。

【0040】

この実施形態によれば、振動板の共振周波数が呼吸音の特徴的な周波数帯域に含まれるので、検出部が効果的に呼吸音を検出することができる。

【0041】

４．上記実施形態によれば、
前記検出部で検出された呼吸音が、呼気音であるか吸気音であるかを判別する判別部(163,S2)をさらに備える。

【0042】

この実施形態によれば、検出部で検出された呼吸音を呼気と吸気とに判別することができる。

【0043】

５．上記実施形態によれば、
前記判別部は、検出部で検出された呼吸音の振幅強度の差に基づいて判別を行う。

【0044】

この実施形態によれば、呼気と吸気の振幅強度の差から、呼吸音を呼気と吸気とに判別することができる。

【0045】

６．上記実施形態によれば、
前記振動板は、前記装着部がユーザの頭部に装着された状態で、ユーザの鼻に接するように配置される。

【0046】

この実施形態によれば、振動板がユーザの鼻に接することで、振動板が呼吸音以外の音によって振動してその振動を集音部に伝達することを抑制することができる。

【0047】

７．上記実施形態によれば、
前記装着部は、前記装着部に対する前記検出部の配置を調整可能な調整部(123)を含む。

【0048】

この実施形態によれば、ユーザの頭部の形状等に応じて検出部の配置を調整することができる。

【0049】

８．上記実施形態によれば、
前記装着部は、メガネ型の形状を有する。

【0050】

この実施形態によれば、ユーザが装着部を容易に着脱することができる。

【0051】

９．上記実施形態によれば、
前記検出部の検出結果に関する情報を無線送信可能な送信部(18)をさらに備える。

【0052】

この実施形態によれば、外部の装置に検出結果に関する情報を送信することができる。

【0053】

１０．上記実施形態の呼吸音検出方法は、
上述の１．～９．呼吸音検出装置を用いて前記呼吸音検出装置を装着したユーザの呼吸音を検出する検出工程を含む。

【0054】

この実施形態によれば、ノイズの影響を排除しつつ、効果的に呼吸音を集音することができる。

【0055】

発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0056】

１：呼吸音検出装置、１２：装着部、１４：検出部、１４１：ハウジング、１４２：振動板、１４３：集音部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】