JP7754432B2 - Dysphagia assessment device and assessment method - Google Patents
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Description
本開示は嚥下障害の判定装置および判定方法(医療行為を除く)に関する。 This disclosure relates to a device and method for determining swallowing disorders (excluding medical procedures).
飲み込む力が低下した状態である嚥下障害により、食事がうまく取れず、のどに詰まる窒息や、飲み込んだ水分や食べ物が気管に入ってしまう誤嚥のリスクが高まることが知られている。このように嚥下障害を放置しておくと、低栄養状態が続きフレイルや要介護状態となる原因となったり、窒息や誤嚥性肺炎など生命の危機を招いたりすることもある。このため、嚥下障害は、早めに判定し、適切な対策を施すのが望ましい。 Dysphagia, a condition in which the ability to swallow is weakened, is known to make it difficult to eat, increasing the risk of choking, where swallowed fluids or food get stuck in the throat, and aspiration, where swallowed fluids or food get into the trachea. If swallowing disorders are left untreated, they can lead to a prolonged state of malnutrition, leading to frailty and a need for care, or even to life-threatening conditions such as choking or aspiration pneumonia. For this reason, it is important to diagnose swallowing disorders early and take appropriate measures.
従来、被験者の喉の動きを検出することにより、嚥下障害を判定する装置が提案されている。特許文献1は、被験者の頸部に二軸加速度計を位置決めして嚥下障害の有無を判定する装置を提供する。 Devices have been proposed that assess swallowing disorders by detecting the movement of a subject's throat. Patent Document 1 provides a device that assesses the presence or absence of swallowing disorders by positioning a two-axis accelerometer on the subject's neck.
しかしながら、特許文献1は加速度計を被験者の頸部に両面テープで貼付する等、被験者に身体的負担を強いるものであった。また、センサ装置の取り付け位置がずれないようにするなど、被験者に対する検査を実施する検査担当者にも負担が多い。このため、被験者や検査担当者の負担を軽減するなど、より簡易に嚥下障害の判定を可能にする装置を研究・開発する余地が残っていた。However, Patent Document 1 imposes a physical burden on the subject, as the accelerometer must be attached to the subject's neck with double-sided tape. It also places a heavy burden on the examiner who administers the test to the subject, as it requires ensuring that the sensor device does not shift out of position. For this reason, there remains room for research and development into a device that can more easily diagnose swallowing disorders, such as one that reduces the burden on both the subject and the examiner.
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、より簡易に嚥下障害の判定が可能な判定装置を提供することを目的とする。 This disclosure has been made in consideration of this situation and aims to provide a diagnosis device that can more easily diagnose swallowing disorders.
本発明者らは鋭意研究を行った結果、被験者の発話による音声データと、その被験者の嚥下障害の進行の度合いとの間には相関があることを発見した。また、嚥下障害の進行の度合いに基づき分類したグループ間において、所定の音響特徴量に有意な差があることを発見した。これらの発見に基づき、発明者らは音声解析に基づく嚥下障害の判定装置を作成することに成功した。すなわち、本開示の判定装置の詳細は以下の通りである。 As a result of intensive research, the inventors discovered that there is a correlation between the speech data of a subject's speech and the degree of progression of that subject's dysphagia. They also discovered that there are significant differences in certain acoustic features between groups classified based on the degree of progression of dysphagia. Based on these findings, the inventors succeeded in creating a device for assessing dysphagia based on voice analysis. Specifically, the details of the assessment device disclosed herein are as follows:
[1]音声解析により嚥下障害を判定する判定装置であって、前記判定装置は:
被験者が発話した音声データを入力する入力手段;
前記入力手段で入力した音声データを解析する解析手段;
前記解析手段による解析結果に基づいて被験者の嚥下障害を判定する判定手段、
を備える判定装置。
[1] A determination device for determining dysphagia by voice analysis, the determination device comprising:
an input means for inputting voice data uttered by the subject;
analysis means for analyzing the voice data input by the input means;
a determination means for determining whether a subject has dysphagia based on the analysis result by the analysis means;
A determination device comprising:
[2]前記解析手段は、前記音声データを以下の式F(a)に示す音響特徴量を使用して音声解析することを特徴とする、[1]に記載の判定装置:
(式中、gは嚥下障害の有無や進行の度合いを判定する線形または非線形モデルであり、xnは前記音声データとして入力するフレーズに固有の係数であり、f(n)は音響パラメータであって、前記音響パラメータは、フォルマント周波数、メル周波数ケプストラム、周波数スペクトラム、音量のエンベロープ、波形の変動情報、ゼロ交差率、ハースト指数、および閉鎖開放から声帯振動が始まるまでの時間、から成る群から1つまたは複数が選択される)。
[2] The determination device according to [1], wherein the analysis means performs speech analysis on the speech data using an acoustic feature expressed by the following formula F(a):
(wherein g is a linear or nonlinear model for determining the presence or absence of dysphagia and the degree of progression thereof, xn is a coefficient specific to the phrase input as the speech data, and f(n) is an acoustic parameter, and the acoustic parameter is one or more selected from the group consisting of formant frequency, Mel frequency cepstrum, frequency spectrum, volume envelope, waveform fluctuation information, zero crossing rate, Hurst exponent, and time from closure/opening to the start of vocal cord vibration.)
[3]前記解析手段は、前記音声データをフォルマント周波数またはメル周波数ケプストラムに基づき作成された音響特徴量を使用して音声解析することを特徴とする、[1]または[2]に記載の判定装置。 [3] The determination device described in [1] or [2], characterized in that the analysis means performs speech analysis on the speech data using acoustic features created based on formant frequencies or Mel frequency cepstrum.
[4]前記判定装置は、前記解析結果を入力した場合に嚥下障害の進行の度合いを出力するように機械学習処理が施されている、[1]~[3]のいずれか1つに記載の判定装置。[4] The determination device described in any one of [1] to [3] is subjected to machine learning processing so as to output the degree of progression of swallowing disorders when the analysis results are input.
[5]前記判定装置は、被験者の前記音声データの入力を同一のフレーズを使用して少なくとも2回行い、前記同一のフレーズにより解析された前記解析結果の差分または平均値に基づいて、嚥下障害の進行の度合いを判定する、[1]~[4]のいずれか1つに記載の判定装置。 [5] The determination device described in any one of [1] to [4], wherein the subject's voice data is input at least twice using the same phrase, and the degree of progression of the swallowing disorder is determined based on the difference or average value of the analysis results analyzed using the same phrase.
[6]前記入力手段は、被験者が前記嚥下障害の進行の度合いに関連するフレーズを発話した音声データを入力する、[1]~[5]のいずれか1つに記載の判定装置。 [6] A determination device described in any one of [1] to [5], wherein the input means inputs voice data in which the subject speaks phrases related to the degree of progression of the swallowing disorder.
[7]前記入力手段は、被験者が
の少なくとも1つの音を含む発話をした音声データを入力する、[1]~[6]のいずれ
か1つに記載の判定装置。
[7] The input means is
The determination device according to any one of [1] to [6], which inputs speech data containing at least one of the sounds.
[8]音声解析により嚥下障害を判定する方法であって、前記方法は:
被験者が発話した音声データを入力する入力工程;
前記入力工程で入力した音声データを解析する解析工程;
前記解析工程による解析結果に基づいて被験者の嚥下障害を判定する判定工程、
を備える、方法。
[8] A method for assessing dysphagia by speech analysis, the method comprising:
an input step of inputting voice data uttered by the subject;
an analyzing step of analyzing the voice data input in the input step;
a determination step of determining whether the subject has dysphagia based on the analysis result obtained by the analysis step;
A method comprising:
[9][1]~[7]のいずれか1つに記載の判定装置の各手段としてコンピュータを機能させるためのプログラム。[9] A program for causing a computer to function as each means of the determination device described in any one of [1] to [7].
本開示によれば、音声解析により嚥下障害を判定する判定装置を提供することができる。また、音声解析により嚥下障害を判定する判定方法を提供することができる。さらに、判定装置は、被験者の嚥下障害の有無を判定するだけではなく、嚥下障害の進行の度合いを判定することができる。 The present disclosure provides a determination device that determines swallowing disorders through voice analysis. It also provides a determination method that determines swallowing disorders through voice analysis. Furthermore, the determination device can not only determine whether a subject has a swallowing disorder, but also determine the degree of progression of the swallowing disorder.
以下、本開示を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本開示の一実施態様としての一例であり、これらの内容に限定されるものではない。 The following describes in detail the form for implementing this disclosure with reference to the drawings. However, the description of the components described below is an example of one embodiment of this disclosure and is not limited to these contents.
<第1実施形態>
本開示の嚥下障害の判定装置は、主な構成要素として解析手段と判定手段を備える。解析手段は嚥下障害の進行の度合いを解析可能な音響特徴量(以下、「F(a)」と称することがある。)を使用して音響解析を行う。また、判定手段は、解析手段により取得した解析結果を入力した場合に嚥下障害の進行の度合いを出力するような機械学習処理が施されていてもよい。
First Embodiment
The swallowing disorder assessment device of the present disclosure includes an analysis unit and a assessment unit as its main components. The analysis unit performs acoustic analysis using an acoustic feature (hereinafter, sometimes referred to as "F(a)") capable of analyzing the degree of progression of the swallowing disorder. The assessment unit may also be subjected to machine learning processing that outputs the degree of progression of the swallowing disorder when the analysis results obtained by the analysis unit are input.
判定装置(以下、「情報処理装置」と称することがある。)の構成について図1を用いて説明する。情報処理装置10は、全体の動作を制御する制御部11、各種の入出力を行う入出力部12、各種データやプログラム等を記憶する記憶部13、外部との通信を行う通信部14、および各ブロック同士が相互通信可能なように接続する内部バス15、を備える。The configuration of the determination device (hereinafter sometimes referred to as the "information processing device") will be explained using Figure 1. The information processing device 10 comprises a control unit 11 that controls the overall operation, an input/output unit 12 that performs various inputs and outputs, a memory unit 13 that stores various data and programs, etc., a communication unit 14 that communicates with the outside world, and an internal bus 15 that connects each block so that they can communicate with each other.
情報処理装置10は、例えばコンピュータであり、スマートフォン、PDA、タブレット、又はノートパソコンなどの、被験者が携帯可能な装置であってもよいし、被験者が携帯せずに設置位置に固定されたコンピュータでもよい。PDAは、Personal Digital Assistantの略称である。 The information processing device 10 is, for example, a computer, and may be a device that the subject can carry with them, such as a smartphone, PDA, tablet, or laptop, or it may be a computer that is fixed in place and not carried by the subject. PDA is an abbreviation for Personal Digital Assistant.
制御部11は、例えばCPU、MCU又はMPUと呼ばれる装置であり、例えば記憶部13に記憶されたプログラムが実行される。CPUはCentral Processing Unitの略称である。MCUはMicro Controller Unitの略称である。MPUはMicro Processor Unitの略称である。 The control unit 11 is a device called, for example, a CPU, MCU, or MPU, and executes programs stored in, for example, the memory unit 13. CPU is an abbreviation for Central Processing Unit. MCU is an abbreviation for Micro Controller Unit. MPU is an abbreviation for Micro Processor Unit.
入出力部12は、情報処理装置10を操作する被験者に対する入出力を行う装置である。入出力部12は、ディスプレイ、キーボード、マウス、ボタン、タッチパネル、プリンタ、マイク、及びスピーカなどによる、情報や信号の入出力を行う。本実施例では、入出力部12は、少なくともマイクの役割を果たし、このマイクによって音声データを入力する。また、本実施例では、入出力部12は、少なくともディスプレイの役割を果たし、このディスプレイに、後述する嚥下障害の判定結果を表示する。 The input/output unit 12 is a device that inputs and outputs information to and from the subject operating the information processing device 10. The input/output unit 12 inputs and outputs information and signals using a display, keyboard, mouse, buttons, touch panel, printer, microphone, speaker, and the like. In this embodiment, the input/output unit 12 at least functions as a microphone, and inputs voice data using this microphone. Also, in this embodiment, the input/output unit 12 at least functions as a display, and displays the swallowing disorder assessment results, which will be described later, on this display.
記憶部13は、例えば、ROM、RAM、HDD、又はフラッシュメモリといった装置であり、制御部11で実行するプログラムや各種データを記憶する。ROMは、Read Only Memoryの略称である。RAMは、Random Access Memoryの略称である。HDDは、Hard Disk Driveの略称である。 The storage unit 13 is a device such as ROM, RAM, HDD, or flash memory, and stores programs executed by the control unit 11 and various data. ROM is an abbreviation for Read Only Memory. RAM is an abbreviation for Random Access Memory. HDD is an abbreviation for Hard Disk Drive.
通信部16は、外部との通信を行う。通信部16による通信は、有線通信でもよいし、無線通信でもよい。通信部16による通信は、如何なる通信方式でもよい。制御部11は、通信部16によって、音声データなどの各種データの送受信を行うことが出来る。制御部11は、後述する嚥下障害の判定結果を、通信部16によって外部機器に送信するようにしてもよい。 The communication unit 16 communicates with the outside. Communication by the communication unit 16 may be wired communication or wireless communication. Communication by the communication unit 16 may be by any communication method. The control unit 11 can send and receive various data such as audio data via the communication unit 16. The control unit 11 may also send the swallowing disorder assessment results, described below, to an external device via the communication unit 16.
次に図2を用いて判定装置(情報処理装置)10により実行される処理の一例を示す。まず、ステップS201において、制御部11は入出力部12によって被験者の音声データを入力する。次に、ステップS202において、算出部(または解析部)で音声データから音響特徴量を算出する。次に、ステップS203において、推定部(または判定部)で嚥下障害の有無や進行の度合いを推定(または判定)する。次に、推定結果(または判定結果)を入出力部12に出力して、フローを終了する。 Next, an example of processing executed by the determination device (information processing device) 10 is shown using Figure 2. First, in step S201, the control unit 11 inputs the subject's voice data via the input/output unit 12. Next, in step S202, the calculation unit (or analysis unit) calculates acoustic features from the voice data. Next, in step S203, the estimation unit (or determination unit) estimates (or determines) the presence or absence of swallowing disorders and the degree of progression. Next, the estimation result (or determination result) is output to the input/output unit 12, and the flow ends.
なお、ステップS201の入出力部12はマイクを使用してもよい。被験者はマイクに向けて発話を行い、音声データを入力する。音声データは予め録音しておいた音声データを使用してもよい。 In addition, the input/output unit 12 in step S201 may use a microphone. The subject speaks into the microphone to input voice data. Voice data may be pre-recorded.
<音声入力に際し選択されるフレーズ>
音声入力に際し選択されるフレーズは、被験者の嚥下障害の進行の度合いを音声解析するのに適切なフレーズである。嚥下障害の進行が進むと、舌の動く程度、舌の前後位置、顎の開き具合、歯の噛み合わせ状態、歯の数、唾液の分泌量、筋肉の衰え等に起因し、咽喉頭や口腔内での音の共鳴の具合なども影響をうける。嚥下障害の進行の度合いを解析するのに適切なフレーズとは、上記の嚥下障害の進行に伴い変化する音の共鳴の具合などを発見し易いフレーズである。
<Phrases selected when entering voice>
The phrases selected during speech input are appropriate for speech analysis of the degree of progression of the subject's dysphagia. As the dysphagia progresses, the degree of tongue movement, the anterior-posterior position of the tongue, the degree of jaw opening, the state of tooth occlusion, the number of teeth, the amount of saliva secreted, muscle weakness, etc., affect the degree of sound resonance in the larynx and oral cavity. Phrases appropriate for analyzing the degree of progression of the dysphagia are phrases that make it easy to discover the degree of sound resonance that changes as the dysphagia progresses.
例えば、音声入力に際し選択されるフレーズとして
の音を含むフレーズが好ましい。より詳細な説明は図3の説明と併せて後述する。
For example, the phrase selected when inputting voice is
A more detailed explanation will be given below in conjunction with the explanation of FIG.
図3は、入出力部12に入力する音声データの一例を示す。図3は
の発音を含むフレーズをまとめた一例であるため、本開示の音声入力をこれらのフレーズに限定するものではない。被験者は、図3に示すPhrase01(Ph01)~Phrase10(Ph10)のうち、少なくとも1つを音声入力すべきフレーズとして選択できる。もちろん、Phrase01(Ph01)~Phrase10(Ph10)のうち幾つかを組合わせて音声入力してもよい。
FIG. 3 shows an example of audio data input to the input/output unit 12.
3. The voice input of the present disclosure is not limited to these phrases. The subject can select at least one of Phrase01 (Ph01) to Phrase10 (Ph10) shown in FIG. 3 as the phrase to be voice-input. Of course, a combination of several of Phrase01 (Ph01) to Phrase10 (Ph10) may also be voice-input.
図3において、Ph01は「ぱ」と発話する音声データである。Ph02は「ま」と発話する音声データである。Ph03は「た」と発話する音声データである。Ph04は「ら」と発話する音声データである。Ph05は「か」と発話する音声データである。Ph06は「ご」と発話する音声データである。Ph07は「パンダのたからもの」と発話する音声データである。Ph08は「たまご」と発話する音声データである。Ph09は「バナナバナナバナナバナナバナナ」と出来るだけ速く5回以上繰り返して発話する音声データである。Ph10は「きものきものきものきものきもの」と出来るだけ速く5回以上繰り返して発話する音声データである。フレーズPh01~Ph10と、嚥下障害との関連性についてさらに説明する。 In Figure 3, Ph01 is audio data uttering "pa." Ph02 is audio data uttering "ma." Ph03 is audio data uttering "ta." Ph04 is audio data uttering "ra." Ph05 is audio data uttering "ka." Ph06 is audio data uttering "go." Ph07 is audio data uttering "Panda's treasure." Ph08 is audio data uttering "tamago." Ph09 is audio data uttering "banana banana banana banana banana" as quickly as possible, repeated five or more times. Ph10 is audio data uttering "kimono kimono kimono kimono" as quickly as possible, repeated five or more times. The relationship between phrases Ph01 to Ph10 and swallowing disorders will be further explained.
<<Ph01、Ph02>>
Ph01、Ph02は、「ぱ(pa)」、「ま(ma)」の発音であり、唇を閉じる動きが必要で、嚥下機能としては咀嚼の時に口腔内の食べ物をこぼさないようにし、口腔内圧を高めることによって飲み込む際の食事の移送に関係する。
<<Ph01, Ph02>>
Ph01 and Ph02 are the sounds "pa" and "ma," and require the movement of closing the lips. In terms of swallowing function, they prevent food from spilling from the mouth during chewing and are involved in the transport of food when swallowing by increasing intraoral pressure.
その他の発音の例としては、
等がある。
Other examples of pronunciation include:
etc.
<<Ph03、Ph04>>
Ph03、Ph04は、「た(ta)」、「ら(ra)」の発音である。「た(ta)」は舌の先を使う動きであり、嚥下機能としては、咀嚼の機能、送り込み動作(口の中の水分や食物を喉の奥に移動する動き)に関係する。「ら(ra)」は舌の先を比較的にスムーズに動かす必要があり、舌の動きのスムーズさをみられる音である。「た」と同じように舌の先を使い、咀嚼の機能、送り込み動作(口の中の水分や食物を喉の奥に移動する動き)に関係する。
<<Ph03, Ph04>>
Ph03 and Ph04 are the pronunciations of "ta" and "ra.""ta" is a movement that uses the tip of the tongue, and in terms of swallowing function, it is related to the function of mastication and the action of sending food and liquids from the mouth to the back of the throat. "ra" requires the tip of the tongue to move relatively smoothly, and is a sound that allows for the smoothness of tongue movement to be seen. Like "ta," it uses the tip of the tongue and is related to the function of mastication and the action of sending food and liquids from the mouth to the back of the throat.
その他の発音の例としては、
等がある。
Other examples of pronunciation include:
etc.
<<Ph05、Ph06>>
Ph05、Ph06は、「か(ka)」、「ご(go)」の発音である。両方とも舌の奥を使う動きであり、嚥下機能としては、送り込み動作や咽頭内圧を高める動作を行い、食物の移送に関係する。
<<Ph05, Ph06>>
Ph05 and Ph06 are the pronunciations of "ka" and "go." Both involve movements that use the back of the tongue, and in terms of swallowing function, they perform a sending motion and increase intrapharyngeal pressure, and are related to the transport of food.
その他の音の例としては、
等がある。
Other examples of sounds include:
etc.
<<Ph07、Ph08>>
Ph07(パンダのたからもの)、Ph08(たまご)は唇および舌による音の組合せによる評価を行っている。
<<Ph07, Ph08>>
Ph07 (Panda's Treasure) and Ph08 (Egg) are evaluated based on the combination of sounds made by the lips and tongue.
<<Ph09、Ph10>>
Ph09(バナナバナナバナナバナナバナナ)、Ph10(きものきものきものきものきもの)は、鼻腔共鳴の評価、唇および舌による組合せの評価、ディアドコキネシスの評価、リズムの評価を行っている。
<<Ph09, Ph10>>
Ph09 (Banana Banana Banana Banana Banana) and Ph10 (Kimono Kimono Kimono Kimono Kimono) are evaluating nasal resonance, lip and tongue combinations, diadochokinesis, and rhythm.
以上のようなフレーズを音声入力して音声データを取得し、ステップS202の音声解析を行う。音声解析の際に算出部(解析部)において音響特徴量の算出を行う。音響特徴量について以下に詳しく述べる。 The above phrases are inputted into the voice to obtain speech data, and speech analysis is performed in step S202. During the speech analysis, acoustic features are calculated in the calculation unit (analysis unit). Acoustic features are described in detail below.
<音響特徴量>
音響特徴量とは、音声解析すべき音声データの特徴を、定量的に表すための数値パラメータである。本開示では、ステップS203において、判定部で嚥下障害の有無や進行の度合いを判定するが、音響特徴量に基づく音声解析の結果を入力として判定処理を出力するように機械学習処理が施されるため、精度向上のためにも音響特徴量の選択は重要である。
<Acoustic features>
Acoustic features are numerical parameters for quantitatively expressing the features of speech data to be analyzed. In the present disclosure, the determination unit determines the presence or absence of dysphagia and the degree of progression in step S203. However, since machine learning processing is performed to output a determination process using the results of speech analysis based on acoustic features as input, the selection of acoustic features is important for improving accuracy.
本開示において、音響特徴量F(a)は、以下の式で示すことができる。 In this disclosure, the acoustic feature F(a) can be expressed by the following formula:
式中、gは嚥下障害の有無や進行の度合いを判定する線形または非線形モデルであり、xnは音声データとして入力するフレーズに固有の係数であり、f(n)は音響パラメータであって、フォルマント周波数、メル周波数ケプストラム、周波数スペクトラム、音声のエンベロープ、波形の変動情報、ゼロ交差率、ハースト指数、および閉鎖開放から声帯振動が始まるまでの時間、から成る群から1つまたは複数が選択される。また、同じフレーズの音声データが2つ以上ある場合には、その平均値または差分、3回以上の場合にはバラツキ(分散や標準偏差)や中央値などを含むことができる。また、音響特徴量は、数値に大きな開きがあるため、それぞれを正規化しても良い。さらに、3群以上の嚥下障害の有無や進行の度合いを判定する場合は、特徴量を2つ以上に分割しても良い。 In the formula, g is a linear or nonlinear model for determining the presence or absence of dysphagia and the degree of its progression, x n is a coefficient specific to the phrase input as speech data, and f(n) is an acoustic parameter, which is one or more selected from the group consisting of formant frequency, Mel frequency cepstrum, frequency spectrum, speech envelope, waveform fluctuation information, zero-crossing rate, Hurst exponent, and time from closure to the onset of vocal cord vibration. Furthermore, if there are two or more speech data for the same phrase, the average value or difference between them can be included; if there are three or more speech data, the variation (variance or standard deviation) or median can be included. Furthermore, since acoustic features vary widely in value, each may be normalized. Furthermore, when determining the presence or absence or degree of progression of three or more groups of dysphagia, the features may be divided into two or more.
音響パラメータの種類には、以下のようなものがある。 The types of acoustic parameters are as follows:
(1) 音声のエンベロープ(アタックタイム、ディケイタイム、サステインレベル、リリースタイム)
(2) 波形の変動情報(Shimmer、Jitter、倍音対雑音比 HNR:Harmonics to Noise Ratio、信号雑音比 SNR:Signals to Noise Ratio)
(3) ゼロ点交差率
(4) ハースト指数
(5) 閉鎖開放から声帯振動が始まるまでの時間(VOT:Voice Onset Time)
(6) メル周波数ケプストラムのある係数に関する発話内分布の統計値(第1四分位点、中央値、第3四分位点、95パーセント点、98パーセント点、算術平均、幾何平均、第3四分位点と中央値の差など)
(7) 周波数スペクトラムの変化の速さにおける発話内分布の統計値(第1四分位点、中央値、第3四分位点、95パーセント点、98パーセント点、算術平均、幾何平均、第3四分位点と中央値の差など)
(8) メル周波数ケプストラムのある係数の時間変化に関する発話内分布の統計値(第1四分位点、中央値、第3四分位点、95パーセント点、98パーセント点、算術平均、幾何平均、第3四分位点と中央値の差など)
(9) メル周波数ケプストラムのある係数の時間変化の時間変化に関する発話内分布の統計値(第1四分位点、中央値、第3四分位点、95パーセント点、98パーセント点、算術平均、幾何平均、第3四分位点と中央値の差など)
(10)周波数スペクトラム90パーセントロールオフの発話内時間変化における2次回帰近似に対する二乗誤差
(11)周波数スペクトラム重心の発話内時間変化における2次回帰近似に対する算術誤差その他、ピッチレート、有声音である確率、任意範囲の周波数パワー、音階、話速(一定時間におけるモーラ数)、ポーズ・間、音量など
(12)任意のフォルマント周波数(第1フォルマント、第2フォルマント、第3フォルマント、第4フォルマント、第5フォルマント、第6フォルマント、・・・)に関する発話内分布の統計値(第1四分位点、中央値、第3四分位点、95パーセント点、98パーセント点、算術平均、幾何平均、第3四分位点と中央値の差など)
(13)任意のフォルマント周波数(第1フォルマント、第2フォルマント、第3フォルマント、第4フォルマント、第5フォルマント、第6フォルマント、・・・)の時間変化に関する発話内分布の統計値(第1四分位点、中央値、第3四分位点、95パーセント点、98パーセント点、算術平均、幾何平均、第3四分位点と中央値の差など)
(14)任意のフォルマント周波数(第1フォルマント、第2フォルマント、第3フォルマント、第4フォルマント、第5フォルマント、第6フォルマント、・・・)の時間変化の時間変化に関する発話内分布の統計値(第1四分位点、中央値、第3四分位点、95パーセント点、98パーセント点、算術平均、幾何平均、第3四分位点と中央値の差など)
(1) Audio envelope (attack time, decay time, sustain level, release time)
(2) Waveform fluctuation information (Shimmer, Jitter, Harmonics to Noise Ratio (HNR), Signals to Noise Ratio (SNR))
(3) Zero-crossing rate (4) Hurst exponent (5) Voice Onset Time (VOT)
(6) Statistics of the intra-utterance distribution of a certain coefficient of the Mel-frequency cepstrum (first quartile, median, third quartile, 95th percentile, 98th percentile, arithmetic mean, geometric mean, difference between the third quartile and the median, etc.)
(7) Statistics of the intra-utterance distribution of the rate of change of the frequency spectrum (first quartile, median, third quartile, 95th percentile, 98th percentile, arithmetic mean, geometric mean, difference between the third quartile and the median, etc.)
(8) Statistics of the intra-utterance distribution of the time variation of a certain coefficient of the Mel-frequency cepstrum (1st quartile, median, 3rd quartile, 95th percentile, 98th percentile, arithmetic mean, geometric mean, difference between the 3rd quartile and the median, etc.)
(9) Statistics of the intra-utterance distribution of the time variation of a certain coefficient of the Mel-frequency cepstrum (first quartile, median, third quartile, 95th percentile, 98th percentile, arithmetic mean, geometric mean, difference between the third quartile and the median, etc.)
(10) Squared error of quadratic regression approximation of intra-utterance time change of 90 percent roll-off of frequency spectrum. (11) Arithmetic error of quadratic regression approximation of intra-utterance time change of center of gravity of frequency spectrum. Others include pitch rate, probability of being voiced, frequency power in any range, scale, speaking rate (number of moras in a certain time), pauses/intervals, volume, etc. (12) Statistical values of intra-utterance distribution of any formant frequency (first formant, second formant, third formant, fourth formant, fifth formant, sixth formant, etc.) (first quartile, median, third quartile, 95th percentile, 98th percentile, arithmetic mean, geometric mean, difference between the third quartile and the median, etc.).
(13) Statistical values of the intra-utterance distribution of any formant frequency (first formant, second formant, third formant, fourth formant, fifth formant, sixth formant, etc.) over time (first quartile, median, third quartile, 95th percentile, 98th percentile, arithmetic mean, geometric mean, difference between the third quartile and the median, etc.)
(14) Statistical values of the intra-utterance distribution of time-varying changes in any formant frequency (first formant, second formant, third formant, fourth formant, fifth formant, sixth formant, etc.) (first quartile, median, third quartile, 95th percentile, 98th percentile, arithmetic mean, geometric mean, difference between the third quartile and the median, etc.)
上述してきた音響特徴量の中から、嚥下障害の進行の度合いと相関性を有する音響特徴量に基づいて、あるいは嚥下障害の程度で分類を行った際の各群間における音響特徴量の差に基づいて、ステップS203では判定の処理を実行する。上記の音響特徴量を用いて判定を行った例を図4~6を用いて説明する。 In step S203, a judgment process is performed based on the acoustic features described above that correlate with the degree of progression of dysphagia, or based on the difference in acoustic features between groups when classified by the degree of dysphagia. Examples of judgment using the above acoustic features are described using Figures 4 to 6.
被験者は65歳以上の高齢者であり、被験者の嚥下機能は、嚥下機能テストの結果や誤嚥の度合いから言語聴覚士が確認をし、被験者をそれぞれ嚥下障害がない健常者と、軽度の嚥下障害がある人と、中等度以上の嚥下障害がある人に分類した。 The subjects were elderly people aged 65 or older, and their swallowing function was confirmed by a speech-language-hearing therapist based on the results of swallowing function tests and the degree of aspiration.The subjects were then classified into healthy individuals with no swallowing disorders, those with mild swallowing disorders, and those with moderate or severe swallowing disorders.
(実施例1)
図4は、被験者が図3に示す10種類のフレーズを2回ずつ読み上げた音声データを入力とし、上述した音響パラメータ(1)~(14)のうち7つを用いて特定のプログラムを作成した場合、嚥下障害の有無の分類性能を検証したROC曲線である。横軸は「1-特異度」を示し、縦軸は感度を示す。AUCは0.941であり、十分な分類性能を有していることが確認できた。
Example 1
Figure 4 shows an ROC curve verifying the classification performance of the presence or absence of dysphagia when a specific program was created using seven of the acoustic parameters (1) to (14) described above, with input speech data in which a subject read each of the 10 phrases shown in Figure 3 twice. The horizontal axis represents "1 - specificity," and the vertical axis represents sensitivity. The AUC was 0.941, confirming sufficient classification performance.
(実施例2)
図5は、被験者が図3に示す10種類のフレーズを2回ずつ読み上げた音声データを入力とし、上述した音響パラメータ(1)~(14)のうち1つの音響パラメータを用いて音響特徴量を算出し、その値の平均値を用いて作成した特定のプログラムの嚥下障害の進行の度合い(中等度以上の嚥下障害であるか否か)に関する分類性能を検証したROC曲線である。横軸は「1-特異度」を示し、縦軸は感度を示す。AUCは0.981であり、十分な分類性能を有していることが確認できた。また、図4、5の結果から判断して、プログラムを組合わせて処理することにより、まず図4に係るプログラムを用いて嚥下障害の有無を判定し、次いで嚥下障害が有りと判定された被験者群をさらに図5に係るプログラムを用いて嚥下障害の進行の度合い(軽度または中程度以上)を判定することもできる。
Example 2
FIG. 5 shows an ROC curve verifying the classification performance of a specific program created using the average value of acoustic features calculated from input speech data in which a subject read each of the 10 phrases shown in FIG. 3 twice, using one of the acoustic parameters (1) to (14) described above. The horizontal axis represents "1-specificity," and the vertical axis represents sensitivity. The AUC was 0.981, confirming sufficient classification performance. Furthermore, judging from the results of FIGS. 4 and 5, by combining and processing programs, it is possible to first determine the presence or absence of dysphagia using the program shown in FIG. 4, and then further determine the degree of progression of dysphagia (mild or moderate or more) for a group of subjects determined to have dysphagia using the program shown in FIG. 5.
(実施例3)
図6は、被験者が図3に示す10種類のフレーズを2回ずつ読み上げた音声データを入力とし、上述した音響パラメータ(1)~(14)のうち1つの音響パラメータを用いて音響特徴量を算出し、その値の平均値を用いて作成した特定のプログラムの嚥下障害の進行の度合いに関する分類性能を検証した箱ヒゲ図である。図6では、健常者、軽度嚥下障害、および中等度以上の嚥下障害を区別する。横軸は健常、軽度嚥下障害、中等度以上の嚥下障害を示し、縦軸は3群判定のスコアの分布を示す。図6からも、上記プログラムが十分な分類性能を有していることが確認できた。
Example 3
Figure 6 is a boxplot showing the classification performance of a specific program created using the average value of acoustic features calculated from input speech data in which a subject read each of the 10 phrases shown in Figure 3 twice. The program distinguishes between healthy subjects, those with mild dysphagia, and those with moderate to severe dysphagia. The horizontal axis represents healthy subjects, those with mild dysphagia, and those with moderate to severe dysphagia, and the vertical axis represents the distribution of scores for the three groups. Figure 6 also confirms that the program has sufficient classification performance.
上記図4~6およびそれら図面に関する説明から、特定の音響特徴量を用いて判定を行う判定装置は十分に実用に耐えうることが確認できた。次に、音声データと音響パラメータとの対応関係に関して、幾つか具体例を用いて説明する。なお繰り返しとなるが以降の具体例は、本願発明を実施する上での一例であり、本願発明がこれらの実施例に限定されるものではない。 From Figures 4-6 above and the explanations related to those figures, it has been confirmed that a determination device that makes a determination using specific acoustic features is fully practical. Next, we will explain the correspondence between speech data and acoustic parameters using several specific examples. Please note that the following specific examples are examples of implementing the present invention, and the present invention is not limited to these examples.
(実施例4)
図7は、音声データをフォルマント解析した結果について、同じ発話内容で複数回の発話をした場合のばらつきと、被験者の嚥下障害の進行の度合いとの関係を示す図である。図7では、発話内容としてPh07「パンダのたからもの」の音声データを用いている。横軸は、健常、軽度嚥下障害、中等度以上の嚥下障害を有する被験者の発話に関する時間軸であり、縦軸は第1フォルマントf1に係る値である。それぞれ1回目の発話と2回目の発話に関し、複数発話ごとにまとめ、その順番を時間軸に沿ってプロットしている。被験者はそれぞれが2回ずつ発話しており、最初の8人は健常者(グラフ左)であり、次の17人は軽度嚥下障害を有し(グラフ中央)、次の18人は中等度以上の嚥下障害を有している(グラフ右)。
Example 4
Figure 7 shows the relationship between the variation in the results of formant analysis of speech data when the same speech content is uttered multiple times and the degree of progression of the subject's dysphagia. Figure 7 uses speech data from Ph07, "Panda's Treasure," as the speech content. The horizontal axis represents the time axis for the speech of subjects with normal speech, mild dysphagia, and moderate to severe dysphagia, and the vertical axis represents the value of the first formant f1. The first and second utterances are grouped into multiple utterances, and their order is plotted along the time axis. Each subject uttered twice; the first eight subjects were normal (left graph), the next 17 subjects had mild dysphagia (center graph), and the next 18 subjects had moderate to severe dysphagia (right graph).
図7から、健常者の場合、1回目の発話と2回目の発話とでf1の値の差分が小さいことが分かる。これに対して、軽度の嚥下障害がある人及び中等度以上の嚥下障害がある人の場合、1回目の発話と2回目の発話とでf1の値の差分が大きい。このことから、ステップS201で入力した音声データがPh07の場合、ステップS203では、f1により、今回の被験者が健常者であるか、それとも軽度の嚥下障害がある人及び中等度以上の嚥下障害がある人であるかを判定することが出来る。 Figure 7 shows that for healthy subjects, the difference in f1 value between the first and second utterances is small. In contrast, for subjects with mild dysphagia and subjects with moderate to severe dysphagia, the difference in f1 value between the first and second utterances is large. Therefore, if the voice data input in step S201 is Ph07, in step S203, it is possible to determine based on f1 whether the subject is healthy, or a subject with mild or moderate to severe dysphagia.
たとえば、ステップS203では、健常者のf3又はf5をあらかじめ記憶しておき、被験者のf3又はf5が、健常者のf3又はf5に対して閾値以上の乖離がある場合に、その被験者には嚥下障害があると判定することが出来る。図7では、Ph07のf1についてのみ示したが、他の音声データ及び他のフォルマント解析結果(例えばf1以外のf2~f5のいずれか)並びにその他の周波数解析についても有効性を確認することが出来る。また、図7では、2回の発話でのf1の値の差分を対象にしたが、他の発話回数を採用することも出来る。例えば3回以上の発話でのフォルマント解析結果の最大値と最小値との差分により、嚥下障害の程度(嚥下障害の有無、及び重症度)を判定するようにしてもよい。For example, in step S203, f3 or f5 of a healthy individual is stored in advance, and if the subject's f3 or f5 deviates from the healthy individual's f3 or f5 by more than a threshold, the subject can be determined to have a swallowing disorder. While Figure 7 only shows f1 of Ph07, the effectiveness can also be confirmed for other voice data and other formant analysis results (e.g., any of f2 to f5 other than f1), as well as other frequency analyses. Also, while Figure 7 focuses on the difference in f1 values between two utterances, other numbers of utterances can also be used. For example, the degree of swallowing disorder (presence or absence and severity) can be determined based on the difference between the maximum and minimum values of formant analysis results from three or more utterances.
(実施例5)
図8は、図3に示した各音声データと、フォルマント周波数に基づく音響特徴量の値とを比較し、かつ嚥下障害の進行の度合いを照らし合わせた表である。横方向の項目は、「健常vs軽度」、「健常vs中等度以上」、「軽度vs中等度以上」の各項目を示す。縦方向の項目は、発話内容を示す。表中、「***」はP値<0.01、「**」はP値<0.03333、「*」はP値<0.05、「ns」は有意差がなかったことをそれぞれ示している。なお、本願では、P値<0.1であれば有意差ありとみなしている。また、f1は第1フォルマント、f2は第2フォルマント、f3は第3フォルマント、f4は第4フォルマント、f5は第5フォルマントである。有意差の評価には、2群比較での有意差の検定ではt検定(対応なし、片側)を、3群以上の多重比較検定ではボンフェローニの多重比較検定を用い、有意水準には10%を設定した。なお、群比較による有意差の評価には、今回用いたt検定を含むパラメトリック検定、ノンパラメトリック検定、比率による検定、分散比による検定など、いずれを用いても良い。
Example 5
FIG. 8 is a table comparing the speech data shown in FIG. 3 with the acoustic feature values based on formant frequencies, and also showing the degree of progression of dysphagia. The horizontal columns indicate "healthy vs. mild,""healthy vs. moderate or above," and "mild vs. moderate or above." The vertical columns indicate the content of the utterance. In the table, "***" indicates a P value of less than 0.01, "**" indicates a P value of less than 0.03333, "*" indicates a P value of less than 0.05, and "ns" indicates no significant difference. In the present application, a P value of less than 0.1 is considered to indicate a significant difference. Furthermore, f1 is the first formant, f2 is the second formant, f3 is the third formant, f4 is the fourth formant, and f5 is the fifth formant. To evaluate significant differences, a t-test (unpaired, one-sided) was used for testing significant differences between two groups, and a Bonferroni multiple comparison test was used for multiple comparison tests of three or more groups, with a significance level of 10%. Note that any of the following may be used to evaluate significant differences between groups: parametric tests including the t-test used here, non-parametric tests, tests based on ratios, tests based on variance ratios, etc.
図8の結果から、Ph01は、「健常vs軽度」の項目においてf3、f5で有意差を示した。また「健常vs中等度以上」の項目においてf1、f5で有意差を示した。また、「軽度vs中等度以上」の項目において、f1、f2で有意差を示した。 From the results in Figure 8, Ph01 showed significant differences in f3 and f5 in the "healthy vs. mild" category. It also showed significant differences in f1 and f5 in the "healthy vs. moderate or severe" category. It also showed significant differences in f1 and f2 in the "mild vs. moderate or severe" category.
また、Ph02は、「健常vs軽度」の項目においてf4、f5で有意差を示した。また「健常vs中等度以上」の項目においてf3~f5で有意差を示した。また、「軽度vs中等度以上」の項目において、f3、f4で有意差を示した。 Furthermore, Ph02 showed significant differences in f4 and f5 in the "healthy vs. mild" category. It also showed significant differences in f3 to f5 in the "healthy vs. moderate or more" category. It also showed significant differences in f3 and f4 in the "mild vs. moderate or more" category.
また、Ph03は、「健常vs軽度」の項目においてf3で有意差を示した。また「健常vs中等度以上」の項目においてf1、f2で有意差を示した。また、「軽度vs中等度以上」の項目において、f1~f4で有意差を示した。 Furthermore, Ph03 showed a significant difference in f3 in the "healthy vs. mild" category. It also showed a significant difference in f1 and f2 in the "healthy vs. moderate or more" category. It also showed a significant difference in f1 to f4 in the "mild vs. moderate or more" category.
また、Ph04は、「健常vs中等度以上」の項目においてf2~f4で有意差を示した。また、「軽度vs中等度以上」の項目において、f1~f4で有意差を示した。Ph04は「健常vs軽度」の項目においていずれのフォルマントも有意差を示さなかったが、他の2群を比較することにより「健常vs軽度」の判定をすることは可能である。 Furthermore, Ph04 showed significant differences in f2 to f4 in the "normal vs. moderate or severe" category. Also, in the "mild vs. moderate or severe" category, significant differences were observed in f1 to f4. Ph04 did not show significant differences in any formants in the "normal vs. mild" category, but it is possible to determine "normal vs. mild" by comparing the other two groups.
また、Ph05は、「健常vs軽度」の項目においてf2、f5で有意差を示した。また「健常vs中等度以上」の項目においてf1で有意差を示した。また、「軽度vs中等度以上」の項目において、f1、f2で有意差を示した。 Furthermore, Ph05 showed significant differences in f2 and f5 in the "healthy vs. mild" category. It also showed a significant difference in f1 in the "healthy vs. moderate or more" category. It also showed significant differences in f1 and f2 in the "mild vs. moderate or more" category.
また、Ph06は、「健常vs軽度」の項目においてf3、f5で有意差を示した。また「健常vs中等度以上」の項目においてf5で有意差を示した。Ph06は「軽度vs中等度以上」の項目においていずれのフォルマントも有意差を示さなかったが、他の2群を比較することにより「軽度vs中等度以上」の判定をすることは可能である。 Additionally, Ph06 showed significant differences in f3 and f5 in the "normal vs. mild" category. It also showed a significant difference in f5 in the "normal vs. moderate or severe" category. While Ph06 did not show significant differences in any formants in the "mild vs. moderate or severe" category, it is possible to determine "mild vs. moderate or severe" by comparing the other two groups.
また、Ph07は、「健常vs軽度」の項目においてf3、f5で有意差を示した。また「健常vs中等度以上」の項目においてf1で有意差を示した。また、「軽度vs中等度以上」の項目において、f1、f3で有意差を示した。 Furthermore, Ph07 showed significant differences in f3 and f5 in the "healthy vs. mild" category. It also showed a significant difference in f1 in the "healthy vs. moderate or more" category. It also showed significant differences in f1 and f3 in the "mild vs. moderate or more" category.
また、Ph08は、「健常vs軽度」の項目においてf1、f3、f5で有意差を示した。また「健常vs中等度以上」の項目においてf1で有意差を示した。また、「軽度vs中等度以上」の項目において、f1、f3、f4で有意差を示した。 Furthermore, Ph08 showed significant differences in f1, f3, and f5 in the "healthy vs. mild" category. It also showed a significant difference in f1 in the "healthy vs. moderate or more" category. It also showed significant differences in f1, f3, and f4 in the "mild vs. moderate or more" category.
また、Ph09は、「健常vs軽度」の項目においてf2~f4で有意差を示した。また「健常vs中等度以上」の項目においてf1、f4、f5で有意差を示した。また、「軽度vs中等度以上」の項目において、f3、f4で有意差を示した。 Furthermore, Ph09 showed significant differences in f2 to f4 in the "healthy vs. mild" category. It also showed significant differences in f1, f4, and f5 in the "healthy vs. moderate or severe" category. It also showed significant differences in f3 and f4 in the "mild vs. moderate or severe" category.
また、Ph10は、「健常vs軽度」の項目においてf3、f5で有意差を示した。また「健常vs中等度以上」の項目においてf1、f3、f5で有意差を示した。また、「軽度vs中等度以上」の項目において、f1、f3で有意差を示した。 Furthermore, Ph10 showed significant differences in f3 and f5 in the "healthy vs. mild" category. Also, in the "healthy vs. moderate or severe" category, significant differences were observed in f1, f3, and f5. Also, in the "mild vs. moderate or severe" category, significant differences were observed in f1 and f3.
以上の結果から、Ph01~Ph10は、全てのフレーズにおいて、健常と軽度嚥下障害、健常と中等度以上の嚥下障害、軽度嚥下障害と中等度以上の嚥下障害とを区別できることが確認できた。従って、被験者が
の少なくとも1つの音を含む発話をした音声データを入力すれば、健常と軽度嚥下障害、健常と中等度以上の嚥下障害、軽度嚥下障害と中等度以上の嚥下障害とを区別できることが確認できた。
From the above results, it was confirmed that Ph01 to Ph10 can distinguish between healthy and mild dysphagia, healthy and moderate or severe dysphagia, and mild and moderate or severe dysphagia in all phrases.
It was confirmed that by inputting speech data containing at least one of the sounds, it is possible to distinguish between healthy individuals and those with mild dysphagia, healthy individuals and those with moderate or severe dysphagia, and those with mild dysphagia and those with moderate or severe dysphagia.
フォルマント解析は従来、口唇から舌の範囲を第1、第2フォルマントで解析する傾向にあるため、第1、第2フォルマントまでを重視し、第3フォルマント以降を軽視する傾
向にあった。しかし、本発明者らは、特に嚥下障害の進行の度合いを判定する上で口唇よりも奥の咽頭腔の形状や、その複雑な形状変化の連動は、第3フォルマント以降を確認しなければ分からないことを音声解析の研究によって明らかにした。特に高齢者の嚥下障害においては、咽頭腔の形状変化もあり、f3以降の音声解析を行うことは嚥下障害の進行の度合いを判定する上で有効である。
Conventionally, formant analysis has tended to analyze the area from the lips to the tongue using the first and second formants, and therefore has tended to emphasize the first and second formants and neglect the third and subsequent formants. However, the inventors have clarified through research on speech analysis that, particularly when determining the degree of progression of dysphagia, the shape of the pharyngeal cavity behind the lips and the linkage of its complex shape changes cannot be understood without checking the third and subsequent formants. In particular, in elderly people with dysphagia, the shape of the pharyngeal cavity also changes, so performing speech analysis from f3 onwards is effective in determining the degree of progression of dysphagia.
(実施例6)
さらに、図9Aおよび図9Bは、図3に示した各音声データを2回発話したデータの差分をとり13次メル周波数ケプストラム解析した結果の、嚥下障害の程度(嚥下障害の有無、及び重症度)の判定における有効な特徴量の1つを示した表である。
Example 6
Furthermore, Figures 9A and 9B are tables showing one of the effective features for determining the degree of swallowing disorder (presence or absence of swallowing disorder and its severity) as a result of 13th-order Mel-frequency cepstrum analysis of the difference between data obtained by uttering each of the voice data shown in Figure 3 twice.
図9Aの表は図3に示した各音声データを2回発話した音声データの2発話の平均値を音響パラメータとして用いたものである。図9Bの表は図3に示した各音声データを2回発話した音声データの2発話間の差分を音響パラメータとして用いたものである。それぞれ、横方向の項目には、13次メル周波数ケプストラム係数または動的特徴量の平均値、最大値、最小値、範囲値、平均最小値、傾きを示す。縦方向の項目は発話内容を示す。表中、「〇」(マル)は嚥下障害の有無の判定に有効であることを示す。二重のマルは、嚥下障害の進行の度合いの判定に有効であることを示す。 The table in Figure 9A uses the average values of two utterances of each piece of speech data shown in Figure 3, spoken twice, as acoustic parameters. The table in Figure 9B uses the differences between two utterances of each piece of speech data shown in Figure 3, spoken twice, as acoustic parameters. The horizontal items indicate the average, maximum, minimum, range, average minimum, and slope of the 13th-order Mel-frequency cepstrum coefficients or dynamic features. The vertical items indicate the content of the utterance. In the table, a "○" (circle) indicates that the item is effective in determining the presence or absence of dysphagia. A double circle indicates that the item is effective in determining the degree of progression of dysphagia.
図9Aおよび図9Bから、音声解析として13次メル周波数ケプストラム解析を行った場合も、健常と軽度嚥下障害、健常と中等度以上の嚥下障害、軽度嚥下障害と中等度以上の嚥下障害とを区別して判定できることが確認できた。 Figures 9A and 9B confirm that even when 13th-order Mel frequency cepstrum analysis is used as speech analysis, it is possible to distinguish between healthy and mild dysphagia, healthy and moderate to severe dysphagia, and mild and moderate to severe dysphagia.
<第2実施形態>
次に、第2実施形態について説明する。なお、第2実施形態の判定装置の構成は、第1実施形態と同様の構成となるため、同一符号を付して説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment will be described. Note that the configuration of the determination device of the second embodiment is similar to that of the first embodiment, so the same reference numerals are used and the description thereof will be omitted.
第2実施形態の判定装置は、被験者の嚥下障害を判定する際に、音素解析を利用する点が第1実施形態と異なる。 The second embodiment of the determination device differs from the first embodiment in that it uses phoneme analysis when determining whether a subject has swallowing disorders.
第2実施形態の判定装置の解析手段は、被験者が発話した音声データに対して音素解析を行うことにより音響特徴量を作成する。そして、第2実施形態の判定装置の判定手段は、解析手段による解析結果である音響特徴量を使用して音声解析を実行することにより、嚥下障害の進行の度合いを判定する。 The analysis means of the determination device of the second embodiment creates acoustic features by performing phonemic analysis on the speech data uttered by the subject.The determination means of the determination device of the second embodiment then performs speech analysis using the acoustic features that are the analysis results of the analysis means, thereby determining the degree of progression of the swallowing disorder.
(実施例7)
図10は、音韻クラスと活性化される音素との関係を表す図である。なお、同一の音素であっても、複数の音韻クラスに属する場合がある。例えば、図10に示されているように、音素/a/は、「vocalic」「back」「open」「voiced」に属し、音素/p/は「consonantal」「stop」「labial」に属する。また、図11は、嚥下障害がない健常者は発した「ぱ」と、中等度以上の嚥下障害がある人が発した「ぱ」とに対して音素解析を実行した場合の結果である。
Example 7
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between phoneme classes and activated phonemes. Note that the same phoneme may belong to multiple phoneme classes. For example, as shown in FIG. 10, the phoneme /a/ belongs to "vocalic,""back,""open," and "voiced," while the phoneme /p/ belongs to "consonantal,""stop," and "labial." FIG. 11 shows the results of phoneme analysis performed on the "pa" uttered by a healthy subject without dysphagia and the "pa" uttered by a subject with moderate or severe dysphagia.
図11の(A),(C),(E),(G),及び(I)は、健常者が発した「ぱ」に対する音素解析結果であり、図11の(B),(D),(F),(H),及び(J)は、中等度以上の嚥下障害がある人が発した「ぱ」に対する音素解析結果である。なお、図11の各グラフは横軸が時刻(s)を表し、縦軸が各音韻クラスの音素事後確率(Phonological posteriors)を表す。図11に示されている中央部の波形が、被験者から発せられた音声の音声データに相当する。 (A), (C), (E), (G), and (I) in Figure 11 are the phoneme analysis results for "pa" spoken by a healthy subject, while (B), (D), (F), (H), and (J) in Figure 11 are the phoneme analysis results for "pa" spoken by a subject with moderate to severe dysphagia. Note that the horizontal axis of each graph in Figure 11 represents time (s), and the vertical axis represents the phoneme posterior probability (phonological posteriors) of each phoneme class. The waveform in the center of Figure 11 corresponds to the speech data of the speech spoken by the subject.
図11の(A)と(B)とは、音韻クラスが「vocalic」「back」「consonantal」「anterior」である場合の音素解析結果である。また、図11の(C)と(D)とは、音韻クラスが「open」「nasal」「close」「stop」である場合の音素解析結果である。また、図11の(E)と(F)とは、音韻クラスが「continuant」「flap」「lateral」「trill」である場合の音素解析結果である。また、図11の(G)と(H)とは、音韻クラスが「voice」「labial」「strident」「dental」である場合の音素解析結果である。また、図11の(I)と(J)とは、音韻クラスが「velar」「pause」である場合の音素解析結果である。 (A) and (B) in Figure 11 are the phoneme analysis results when the phoneme classes are "vocalic," "back," "consonantal," and "anterior." (C) and (D) in Figure 11 are the phoneme analysis results when the phoneme classes are "open," "nasal," "close," and "stop." (E) and (F) in Figure 11 are the phoneme analysis results when the phoneme classes are "continuant," "flap," "lateral," and "trill." (G) and (H) in Figure 11 are the phoneme analysis results when the phoneme classes are "voice," "labial," "strident," and "dental." (I) and (J) in Figure 11 are the phoneme analysis results when the phoneme classes are "velar" and "pause."
図11に示されているように、健常者と中等度以上の嚥下障害がある人とでは、音素解析結果である音韻クラスの波形において大きな差異がある。このため、音素解析結果は、嚥下障害の有無を判定する際の音響特徴量として有用であると考えられる。As shown in Figure 11, there are significant differences in the waveforms of phoneme classes, which are the results of phoneme analysis, between healthy individuals and individuals with moderate to severe dysphagia. For this reason, the results of phoneme analysis are thought to be useful as acoustic features for determining whether or not a person has dysphagia.
図12~図17に、音韻クラスの音素解析結果である、各音響特徴量による嚥下障害の有無の分類性能を検証した箱ヒゲ図を示す。なお、図中の音韻クラス(例えば、「consonantal」「close」「dental」「velar」「stop」「anterior」「back」「continuant」「open」「labial」)の後に記載されている「mean」は平均を表し、「median」は中央値を表し、「std」は標準偏差を表す。また、図12~図17内の「healthy」は健常者を表し、「mild」は嚥下障害が軽度である人を表し、「severe」は嚥下障害が中等度以上である人を表す。また、図12~図17内の縦軸は、平均、中央値、及び標準偏差等の各統計量の値を表す。具体的には、図12~図17内の縦軸は、被験者があるフレーズを発した際の、各時刻の音韻クラスの音響特徴量の値の平均、中央値、及び標準偏差等である。 Figures 12 to 17 show box-and-whisker plots verifying the classification performance of each acoustic feature for the presence or absence of dysphagia, which is the result of phoneme analysis of phoneme classes. Note that "mean" after each phoneme class in the figures (e.g., "consonantal," "close," "dental," "velar," "stop," "anterior," "back," "continuant," "open," and "labial") represents the average, "median," and "std" the standard deviation. Also, in Figures 12 to 17, "healthy" represents healthy individuals, "mild" represents individuals with mild dysphagia, and "severe" represents individuals with moderate or severe dysphagia. The vertical axes in Figures 12 to 17 represent the values of each statistical quantity, such as the mean, median, and standard deviation. Specifically, the vertical axes in FIGS. 12 to 17 represent the average, median, standard deviation, etc. of the acoustic feature values of the phoneme class at each time when a subject uttered a certain phrase.
図12は、被験者が「ぱ」を発した際の音響特徴量の統計量である。図12の上段に示されているように、健常者と嚥下障害が軽度以上である人とを分別する際には、その一例として、音韻クラス「close」の標準偏差である「close_std」と、音韻クラス「consonantal」の標準偏差である「consonantal_std」が有用な音響特徴量であることが分かる。また、図12の下段に示されているように、健常者及び嚥下障害が軽度である人と嚥下障害が中等度以上である人とを分別する際には、その一例として、音韻クラス「close」の平均である「close_mean」と、音韻クラス「close」の中央値である「close_median」が有用な音響特徴量であることが分かる。 Figure 12 shows the statistics of acoustic features when a subject utters the sound "pa." As shown in the upper part of Figure 12, when distinguishing between healthy individuals and individuals with mild or severe dysphagia, useful acoustic features include "close_std," the standard deviation of the phoneme class "close," and "consonantal_std," the standard deviation of the phoneme class "consonantal." Furthermore, as shown in the lower part of Figure 12, when distinguishing between healthy individuals and individuals with mild or severe dysphagia, useful acoustic features include "close_mean," the mean of the phoneme class "close," and "close_median," the median of the phoneme class "close."
図13も、被験者が「ぱ」を発した際の音響特徴量の統計量である。図13に示されているように、健常者及び嚥下障害が軽度である人と嚥下障害が中等度以上である人を分別する際には、その一例として、音韻クラス「dental」の平均値である「dental_mean」と、音韻クラス「dental」の中央値である「dental_median」と、音韻クラス「velar」の中央値である「velar_median」とが有用な音響特徴量であることが分かる。 Figure 13 also shows the statistics of acoustic features when a subject utters "pa." As shown in Figure 13, when distinguishing between healthy individuals and individuals with mild swallowing disorders and those with moderate or severe swallowing disorders, it can be seen that, as examples, "dental_mean," which is the mean value of the phoneme class "dental," "dental_median," which is the median value of the phoneme class "dental," and "velar_median," which is the median value of the phoneme class "velar," are useful acoustic features.
また、図14及び図15は、被験者が「ら」を発した際の音響特徴量の統計量である。図14に示されているように、健常者と、嚥下障害が軽度である人と、嚥下障害が中等度以上である人を分別する際には、その一例として、音韻クラス「close」の平均値である「close_mean」と中央値である「close_median」と、音韻クラス「dental」の標準偏差である「dental_std」と、音韻クラス「stop」の平均値である「stop_mean」が有用な音響特徴量であることが分かる。 Figures 14 and 15 show the statistics of acoustic features when subjects uttered the "ra" sound. As shown in Figure 14, when distinguishing between healthy individuals, individuals with mild swallowing disorders, and individuals with moderate or severe swallowing disorders, useful acoustic features include, for example, "close_mean" which is the mean value of the phoneme class "close", "close_median" which is the median value, "dental_std" which is the standard deviation of the phoneme class "dental", and "stop_mean" which is the mean value of the phoneme class "stop".
また、図15に示されているように、健常者と、嚥下障害が軽度である人と、嚥下障害が中等度以上である人を分別する際には、その一例として、音韻クラス「velar」の平均値である「velar_mean」と中央値である「velar_median」が有用な音響特徴量であることが分かる。 Furthermore, as shown in Figure 15, when distinguishing between healthy individuals, individuals with mild swallowing disorders, and individuals with moderate or severe swallowing disorders, it can be seen that, as an example, the mean value of the phoneme class "velar," "velar_mean," and the median value, "velar_median," are useful acoustic features.
また、図16及び図17は、被験者が「たまご」を発した際の音響特徴量の統計量である。図16及び図17については詳細な説明は省略するものの、図12~図15と同様に、各音韻クラスの音響特徴量は、嚥下障害の度合いを判定するのに有用である。 Figures 16 and 17 show the statistics of acoustic features when the subject pronounced "tamago" (egg). Although detailed explanations of Figures 16 and 17 will be omitted, similar to Figures 12 to 15, the acoustic features of each phoneme class are useful for determining the degree of swallowing disorder.
以上図12~図17に例示されているように、各音韻クラスの統計量は、嚥下障害の度合いを判定するのに有用である。このため、健常と軽度嚥下障害、健常と中等度以上の嚥下障害、軽度嚥下障害と中等度以上の嚥下障害とを区別して判定できることが確認できる。As illustrated in Figures 12 to 17, the statistics for each phoneme class are useful for determining the degree of swallowing disorder. Therefore, it can be confirmed that it is possible to distinguish between normal and mild dysphagia, normal and moderate or severe dysphagia, and mild and moderate or severe dysphagia.
このため、第2実施形態の判定装置の解析手段は、被験者が発した音声の音声データに対して音素解析を行うことにより、音声データに含まれる音素を特定する。そして、第2実施形態の判定装置の解析手段は、音声データに含まれる音素が属する音韻クラスを特定する。なお、同一の音素であっても、複数の音韻クラスに属する場合がある。例えば、図10に示されているように、音素/a/は、「vocalic」「back」「open」「voiced」に属し、音素/p/は「consonantal」「stop」「labial」に属する。このため、第2実施形態の判定装置の解析手段は、時系列データである音声データの各時刻の音韻クラスの音素事後確率(Phonological posteriors)を計算する。そして、第2実施形態の判定装置の判定手段は、解析手段によって得られた各時刻の音韻クラスの音素事後確率の統計量(例えば、各時刻の音素事後確率の平均、中央値、及び標準偏差等)に基づいて、被験者の嚥下障害の度合いを判定する。このため、第2実施形態の判定装置によれば、被験者が発した音声の音声データを音素解析することにより、被験者の嚥下障害の度合いを精度良く判定することができる。For this reason, the analysis means of the determination device of the second embodiment performs phonemic analysis on the speech data of the speech uttered by the subject to identify the phonemes contained in the speech data. The analysis means of the determination device of the second embodiment then identifies the phoneme class to which the phonemes contained in the speech data belong. Note that the same phoneme may belong to multiple phoneme classes. For example, as shown in Figure 10, the phoneme /a/ belongs to "vocalic," "back," "open," and "voiced," while the phoneme /p/ belongs to "consonantal," "stop," and "labial." For this reason, the analysis means of the determination device of the second embodiment calculates the phoneme posterior probabilities (phonological posteriors) of the phoneme class for each time point in the speech data, which is time-series data. The determination means of the determination device of the second embodiment determines the degree of swallowing disorder of the subject based on statistics of the phoneme posterior probability of the phoneme class at each time point obtained by the analysis means (e.g., the mean, median, and standard deviation of the phoneme posterior probability at each time point). Therefore, according to the determination device of the second embodiment, the degree of swallowing disorder of the subject can be accurately determined by phoneme analysis of the speech data of the speech uttered by the subject.
<第3実施形態>
次に、第3実施形態について説明する。なお、第3実施形態の判定装置の構成は、第1実施形態と同様の構成となるため、同一符号を付して説明を省略する。
Third Embodiment
Next, a third embodiment will be described. Note that the configuration of the determination device of the third embodiment is similar to that of the first embodiment, so the same reference numerals are used and the description thereof will be omitted.
第3実施形態の判定装置は、被験者の嚥下障害を判定する際に、音声の強度解析を利用する点が第1実施形態及び第2実施形態と異なる。 The determination device of the third embodiment differs from the first and second embodiments in that it uses voice intensity analysis when determining a subject's swallowing disorder.
第3実施形態の判定装置の解析手段は、被験者が発話した音声データに対して音声の強度解析を行うことにより音響特徴量を作成する。そして、第3実施形態の判定装置の判定手段は、解析手段による解析結果である音響特徴量を使用して音声解析を実行することにより、嚥下障害の進行の度合いを判定する。 The analysis means of the determination device of the third embodiment creates acoustic features by performing a voice intensity analysis on the voice data uttered by the subject.The determination means of the determination device of the third embodiment then performs a voice analysis using the acoustic features that are the analysis results of the analysis means, thereby determining the degree of progression of the swallowing disorder.
(実施例8)
図18は、音声データを示す図である。図18の横軸は時刻を表し、縦軸は音声の強度を表す。なお、図18中の黒丸は、音声データのピーク点を表す。
(Example 8)
Fig. 18 is a diagram showing audio data. The horizontal axis of Fig. 18 represents time, and the vertical axis represents audio intensity. Note that black circles in Fig. 18 represent peak points of the audio data.
図19の上段の4行は、被験者が発したフレーズPh09「ばななばなな・・・ばなな」及びPh10「きものきものきもの・・・きもの」についての音声の強度解析結果と嚥下障害の評価結果との相関関係を表す実験結果である。図19の「peak_ave」は音声データの強度のピーク点の平均を表し、「peak_sd」は音声データの強度のピーク点の標準偏差を表し、「peak_span_ave」は音声データの強度のピーク点間の間隔の平均を表し、「peak_span_sd」は音声データの強度のピーク点間の間隔の標準偏差を表している。 The top four rows of Figure 19 are experimental results showing the correlation between the voice intensity analysis results and the swallowing disorder assessment results for phrases Ph09 "Banana banana banana... banana" and Ph10 "Kimono kimono kimono... kimono" uttered by the subject. In Figure 19, "peak_ave" represents the average peak point of the voice data intensity, "peak_sd" represents the standard deviation of the peak points of the voice data intensity, "peak_span_ave" represents the average interval between peak points of the voice data intensity, and "peak_span_sd" represents the standard deviation of the interval between peak points of the voice data intensity.
図19は、ボンフェローニ法による検定結果のうちの「peak_ave」「peak_sd」「peak_span_ave」「peak_span_sd」を用いた、健常者と嚥下障害が軽度以上である人の分別、および健常者及び嚥下障害が軽度である人と嚥下障害が中等度以上である人の分別の結果である。図19に示されているように、Ph09の「peak_sd」を用いた健常者及び嚥下障害が軽度である人と嚥下障害が中等度以上である人の分別が有効であること、Ph09の「peak_span_sd」を用いた健常者及び嚥下障害が軽度である人と嚥下障害が中等度以上である人の分別が有効であること、Ph10の「peak_ave」を用いた健常者及び嚥下障害が軽度である人と嚥下障害が中等度以上である人の分別が有効であること、Ph10の「peak_sd」を用いた健常者及び嚥下障害が軽度である人と嚥下障害が中等度以上である人の分別が有効であることがわかる。 Figure 19 shows the results of the Bonferroni test using "peak_ave," "peak_sd," "peak_span_ave," and "peak_span_sd" to distinguish between healthy individuals and those with mild or severe swallowing disorders, and between healthy individuals, those with mild swallowing disorders, and those with moderate or severe swallowing disorders. As shown in Figure 19, it can be seen that using "peak_sd" of Ph09 is effective for distinguishing between healthy people and people with mild swallowing disorders and people with moderate or severe swallowing disorders, using "peak_span_sd" of Ph09 is effective for distinguishing between healthy people and people with mild swallowing disorders and people with moderate or severe swallowing disorders, using "peak_ave" of Ph10 is effective for distinguishing between healthy people and people with mild swallowing disorders and people with moderate or severe swallowing disorders, and using "peak_sd" of Ph10 is effective for distinguishing between healthy people and people with mild swallowing disorders and people with moderate or severe swallowing disorders.
図20及び図21は、各音響特徴量の箱ヒゲ図である。 Figures 20 and 21 are box-and-whisker plots of each acoustic feature.
図20の左側は、フレーズPh09についての音響特徴量「peak_sd」の箱ヒゲ図であり、嚥下障害の症状との関連が見られ、特に嚥下障害が中等度以上である人の分別に有効であることが確認できた。 The left side of Figure 20 is a box-and-whisker plot of the acoustic feature "peak_sd" for phrase Ph09, which shows an association with the symptoms of swallowing disorders and is particularly effective in distinguishing people with moderate to severe swallowing disorders.
図20の右側は、フレーズPh09についての音響特徴量「peak_span_sd」の箱ヒゲ図であり、嚥下障害の症状との関連が見られ、特に嚥下障害が中等度以上である人の分別に有効であることが確認できた。 The right side of Figure 20 shows a box-and-whisker plot of the acoustic feature "peak_span_sd" for phrase Ph09, which shows a correlation with the symptoms of swallowing disorders and is particularly effective in distinguishing people with moderate to severe swallowing disorders.
図21は、フレーズPh10についての音響特徴量「peak_sd」の箱ヒゲ図であり、嚥下障害の症状との関連が見られ、特に嚥下障害が中等度以上である人の分別に有効であることが確認できた。 Figure 21 shows a box-and-whisker plot of the acoustic feature "peak_sd" for phrase Ph10, which shows a correlation with the symptoms of swallowing disorders and is particularly effective in distinguishing people with moderate to severe swallowing disorders.
以上、図19~図21に示されているように、音声データの強度解析結果は、嚥下障害の度合いを判定するのに有用である。このため、健常と軽度嚥下障害、健常と中等度以上の嚥下障害、軽度嚥下障害と中等度以上の嚥下障害とを区別して判定できることが確認できる。 As shown in Figures 19 to 21, the results of intensity analysis of voice data are useful for determining the degree of swallowing disorder. Therefore, it can be confirmed that it is possible to distinguish between healthy and mild dysphagia, healthy and moderate or severe dysphagia, and mild and moderate or severe dysphagia.
このため、第3実施形態の判定装置の解析手段は、被験者が発した音声の音声データに対して強度解析を行うことにより、強度解析に関する音響特徴量を生成する。例えば、第3実施形態の判定装置の解析手段は、強度解析に関する音響特徴量として、上述したようなデータを生成する。そして、第3実施形態の判定装置の判定手段は、解析手段によって得られた音響特徴量に基づいて、被験者の嚥下障害の度合いを判定する。このため、第3実施形態の判定装置によれば、被験者が発した音声の音声データを強度解析することにより、被験者の嚥下障害の度合いを精度良く判定することができる。なお、上記実施例では、被験者が発するフレーズとしてフレーズPh09「ばななばなな・・・ばなな」及びPh10「きものきものきもの・・・きもの」を例示したが、これに限らず、所定フレーズの繰り返しを含むようなものであれば、どのようなものであってもよい。例えば「ぱたかぱたかぱたか」「ぱぱぱぱ」「たたたた」といったフレーズであってもよい。このようなフレーズは、鼻腔共鳴(鼻にかかる)を発生させるフレーズであり、嚥下障害の度合いを判定するのに有用であると考えられる。また、繰り返しを含むフレーズを採用することにより、繰り返しによって発生するリズムの一定性を判定することができるため、これも、嚥下障害の度合いを判定するのに有用であると考えられる。For this reason, the analysis means of the assessment device of the third embodiment generates acoustic features related to the intensity analysis by performing intensity analysis on the speech data of the speech uttered by the subject. For example, the analysis means of the assessment device of the third embodiment generates the above-described data as acoustic features related to the intensity analysis. The assessment means of the assessment device of the third embodiment then assesses the degree of swallowing disorder of the subject based on the acoustic features obtained by the analysis means. Therefore, the assessment device of the third embodiment can accurately assess the degree of swallowing disorder of the subject by performing intensity analysis on the speech data of the speech uttered by the subject. Note that in the above example, phrases Ph09 "banana banana...banana" and Ph10 "kimono kimono kimono...kimono" were used as examples of phrases uttered by the subject, but these are not limited to these and any phrase that includes a repetition of a predetermined phrase may be used. For example, phrases such as "patakapatakapataka," "papapapa," and "tatatatata" may be used. Such phrases generate nasal resonance (nasal resonance) and are considered useful for assessing the degree of swallowing disorder. Furthermore, by employing phrases that include repetition, it is possible to determine the consistency of the rhythm that occurs due to repetition, which is also thought to be useful in determining the degree of swallowing disorder.
なお、第2実施形態の音素解析と第3実施形態の強度解析とを組み合わせて、被験者の嚥下障害の度合いを判定するようしにてもよい。この場合には、判定装置の解析手段は、音声データに対して音素解析を行うことにより作成された音響特徴量と、音声データに対して強度解析を行うことにより作成された音響特徴量とを用いて、被験者の嚥下障害の度合いを判定する。これにより、音素解析及び強度解析の何れか一方のみを用いる場合よりも、被験者の嚥下障害の度合いを精度良く判定することができる。なお、音響特徴量の組み合わせは、音素解析に関する音響特徴量と強度解析に関する音響特徴量との組み合わせに限定されず、フォルマント周波数、メル周波数ケプストラム、周波数スペクトラム、音声のエンベロープ、波形の変動情報、ゼロ交差率、ハースト指数、及び閉鎖開放から声帯振動が始まるまでの時間等を含めたいかなる組み合わせであってもよい。The phoneme analysis of the second embodiment and the intensity analysis of the third embodiment may be combined to determine the degree of a subject's dysphagia. In this case, the analysis means of the determination device determines the degree of the subject's dysphagia using acoustic features created by performing phoneme analysis on the speech data and acoustic features created by performing intensity analysis on the speech data. This allows the degree of the subject's dysphagia to be determined more accurately than when using only one of phoneme analysis and intensity analysis. The combination of acoustic features is not limited to a combination of acoustic features related to phoneme analysis and acoustic features related to intensity analysis, but may be any combination including formant frequency, Mel frequency cepstrum, frequency spectrum, speech envelope, waveform variation information, zero-crossing rate, Hurst exponent, and the time from closure/opening to the onset of vocal cord vibration.
(実施例9)
図22及び図23は、音声データに対して音素解析を行うことにより作成された音響特徴量と、音声データに対して強度解析を行うことにより作成された音響特徴量とを用いて、被験者の嚥下障害の度合いを判定した場合のROC曲線図である。図22及び図23は、音響特徴量セットを用いた機械学習モデルにより、軽度以上の嚥下障害(図22)又は中等度以上の嚥下障害(図23)を判定した際のROC曲線の結果である。より詳細には、図22及び図23は、フォルマント周波数に基づき作成された音響特徴量、メル周波数ケプストラムに基づき作成された音響特徴量、音素解析を行うことにより作成された音響特徴量、及び強度解析を行うことにより作成された音響特徴量の4つの音響特徴量を用いて、被験者の嚥下障害の度合いを判定した場合のROC曲線図である。図22は、軽度以上の嚥下障害を判定した場合のROC曲線図である。また、図23は、中等度以上の嚥下障害を判定した場合のROC曲線図である。図22に示される軽度以上の嚥下障害を判定した場合のAUCは0.9954(P値<0.001)であり、十分な分類性能を有していることが確認できた。また、図23に示される中等度度以上の嚥下障害を判定した場合のAUCは1.000(P値<0.001)であり、十分な分類性能を有していることが確認できた。このため、音声データに対して音素解析を行うことにより作成された音響特徴量と、音声データに対して強度解析を行うことにより作成された音響特徴量とを用いることにより、被験者の嚥下障害の度合いを精度良く判定することができることが確認された。
Example 9
22 and 23 are ROC curves obtained when determining the degree of a subject's dysphagia using acoustic features generated by performing phonemic analysis on speech data and acoustic features generated by performing intensity analysis on speech data. FIGS. 22 and 23 are ROC curve results obtained when determining whether a subject has mild or severe dysphagia ( FIG. 22 ) or moderate or severe dysphagia ( FIG. 23 ) using a machine learning model using an acoustic feature set. More specifically, FIGS. 22 and 23 are ROC curves obtained when determining the degree of a subject's dysphagia using four acoustic features: acoustic features generated based on formant frequencies, acoustic features generated based on Mel frequency cepstrum, acoustic features generated by performing phonemic analysis, and acoustic features generated by performing intensity analysis. FIG. 22 is an ROC curve obtained when determining whether a subject has mild or severe dysphagia. FIG. 23 is an ROC curve obtained when determining whether a subject has moderate or severe dysphagia. The AUC when determining whether a subject has mild or severe dysphagia, as shown in Figure 22, was 0.9954 (P value < 0.001), confirming that the system has sufficient classification performance. Furthermore, the AUC when determining whether a subject has moderate or severe dysphagia, as shown in Figure 23, was 1.000 (P value < 0.001), confirming that the system has sufficient classification performance. Therefore, it was confirmed that the degree of a subject's dysphagia can be accurately determined by using acoustic features created by performing phonemic analysis on speech data and acoustic features created by performing intensity analysis on speech data.
以上、本開示の好ましい実施例について説明したが、本開示は、上述の実施例に限定されない。本開示の目的は、上述の実施例の機能を実現するプログラムコード(コンピュータプログラム)を格納した記憶媒体をシステムあるいは装置に供給し、供給されたシステムあるいは装置のコンピュータが記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても達成される。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した実施例の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本開示を構成することになる。また、上述した実施形態では、コンピュータがプログラムを実行することにより、各処理部として機能するものとしたが、処理の一部または全部を専用の電子回路(ハードウェア)で構成するようにしても構わない。本開示は、説明された特定の実施例に限定されるものではなく、各実施例の各構成同士の置換を含み、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 The above describes preferred embodiments of the present disclosure, but the present disclosure is not limited to the above-described embodiments. The object of the present disclosure can also be achieved by providing a storage medium storing program code (computer program) that realizes the functions of the above-described embodiments to a system or device, and having the computer of the provided system or device read and execute the program code stored in the storage medium. In this case, the program code read from the storage medium itself realizes the functions of the above-described embodiments, and the storage medium storing the program code constitutes the present disclosure. Furthermore, in the above-described embodiment, the computer executes the program to function as each processing unit, but some or all of the processing may be configured using dedicated electronic circuits (hardware). The present disclosure is not limited to the specific embodiments described, and various modifications and variations are possible within the spirit of the present disclosure as defined in the claims, including the substitution of each component of each embodiment.
2021年9月29日に出願された日本国特許出願2021-159606号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。 The disclosure of Japanese Patent Application No. 2021-159606, filed on September 29, 2021, is incorporated herein by reference in its entirety. All documents, patent applications, and technical standards mentioned herein are incorporated herein by reference to the same extent as if each individual document, patent application, and technical standard was specifically and individually indicated to be incorporated by reference.
Claims (11)
被験者が発した音声の時系列データである音声データの入力を受け付ける入力手段;
前記入力手段で受け付けた音声データを解析する解析手段;
前記解析手段による解析結果に基づいて被験者の嚥下状態を判定する判定手段、
を備え、
前記解析手段が、前記音声データに対して音素解析を行うことにより、前記音声データに含まれる音素を特定し、前記音声データに含まれる音素が属する音韻クラスを特定し、前記音声データの各時刻の音韻クラスの音素事後確率(Phonological posteriors)を計算し、
前記判定手段が、前記解析手段によって得られた前記各時刻の音韻クラスの音素事後確率に基づいて、前記被験者の嚥下障害の度合いを判定する、
判定装置。 A determination device for determining a swallowing state by voice analysis, the determination device comprising:
an input means for receiving input of voice data , which is time-series data of voice uttered by the subject;
analysis means for analyzing the voice data received by the input means;
a determination means for determining the swallowing state of the subject based on the analysis result by the analysis means;
Equipped with
the analysis means performs phonemic analysis on the speech data to identify phonemes contained in the speech data, identify phoneme classes to which the phonemes contained in the speech data belong, and calculate phoneme posterior probabilities (phonological posteriors) of the phoneme classes at each time point in the speech data;
the determining means determines the degree of dysphagia of the subject based on the phoneme posterior probability of the phoneme class at each time point obtained by the analyzing means.
Judgment device.
前記判定手段は、前記解析手段によって得られた、前記各時刻の音韻クラスの音素事後確率と、前記音響特徴量とに基づいて、前記被験者の嚥下障害の度合いを判定する、
請求項1に記載の判定装置:
(式中、gは嚥下状態の有無や進行の度合いを判定する線形または非線形モデルであり、xnは前記音声データとして入力するフレーズに固有の係数であり、f(n)は音響パラメータであって、前記音響パラメータは、フォルマント周波数、メル周波数ケプストラム、周波数スペクトラム、音声のエンベロープ、波形の変動情報、ゼロ交差率、ハースト指数、および閉鎖開放から声帯振動が始まるまでの時間、から成る群から1つまたは複数が選択される)。 The analysis means further calculates an acoustic feature of the speech data as shown in the following formula F(a):
the determining means determines the degree of dysphagia of the subject based on the phoneme posterior probability of the phoneme class at each time point obtained by the analyzing means and the acoustic feature.
The determination device according to claim 1:
(wherein g is a linear or nonlinear model that determines the presence or absence of a swallowing state and the degree of progress, xn is a coefficient specific to the phrase input as the speech data, and f(n) is an acoustic parameter, and the acoustic parameter is one or more selected from the group consisting of formant frequency, Mel frequency cepstrum, frequency spectrum, speech envelope, waveform fluctuation information, zero crossing rate, Hurst exponent, and time from closure/opening to the start of vocal cord vibration).
前記判定手段は、前記解析手段によって得られた、前記各時刻の音韻クラスの音素事後確率と、前記音響特徴量とに基づいて、前記被験者の嚥下障害の度合いを判定する、
請求項1に記載の判定装置。 The analysis means further acquires acoustic features created based on formant frequencies or Mel-frequency cepstrum of the speech data,
the determining means determines the degree of dysphagia of the subject based on the phoneme posterior probability of the phoneme class at each time point obtained by the analyzing means and the acoustic feature.
The determination device according to claim 1 .
請求項1に記載の判定装置。 the determination means inputs the phoneme posterior probability of the phoneme class obtained by the analysis means into a machine learning model that has been subjected to machine learning processing so as to output the degree of dysphagia of the subject when the phoneme posterior probability of the phoneme class is input, thereby obtaining the degree of dysphagia of the subject output from the machine learning model and determining the degree of dysphagia of the subject;
The determination device according to claim 1 .
前記判定手段は、前記音響特徴量に基づいて前記被験者の嚥下障害の度合いを判定する際に、前記被験者によって発せられた2回の前記同一のフレーズの各々に対応する、2つの前記音声データから得られた前記音響特徴量の差分または平均値に基づいて、前記被験者の嚥下障害の度合いを判定する、
請求項2または請求項3に記載の判定装置。 the input means further receives each of the speech data when the subject utters the same phrase twice;
when determining the degree of dysphagia of the subject based on the acoustic features, the determination means determines the degree of dysphagia of the subject based on a difference or an average value of the acoustic features obtained from two pieces of speech data corresponding to each of the same phrases uttered two times by the subject.
The determination device according to claim 2 or 3 .
請求項1または請求項2に記載の判定装置。 the input means receives input of the voice data when the subject utters a phrase related to the degree of the swallowing disorder .
The determination device according to claim 1 or 2.
の少なくとも1つの音を含む発話をした際の前記音声データの入力を受け付ける、
請求項1または請求項2に記載の判定装置。 The input means is
and receiving input of the voice data when the user speaks, the voice data including at least one of the sounds of
The determination device according to claim 1 or 2.
前記判定手段は、前記解析手段によって得られた、前記各時刻の音韻クラスの音素事後確率と、前記音響特徴量とに基づいて、前記被験者の嚥下障害の度合いを判定する、
請求項1に記載の判定装置。 The analysis means further acquires acoustic features created by performing a voice intensity analysis on the voice data,
the determining means determines the degree of dysphagia of the subject based on the phoneme posterior probability of the phoneme class at each time point obtained by the analyzing means and the acoustic feature.
The determination device according to claim 1 .
請求項1または請求項2に記載の判定装置。 The voice data is voice data when the subject repeatedly speaks a predetermined phrase.
The determination device according to claim 1 or 2.
被験者が発した音声の時系列データである音声データの入力を受け付ける入力工程;
前記入力工程で受け付けた音声データを解析する解析工程;
前記解析工程による解析結果に基づいて被験者の嚥下状態を判定する判定工程、
を備え、
前記解析工程が、前記音声データに対して音素解析を行うことにより、前記音声データに含まれる音素を特定し、前記音声データに含まれる音素が属する音韻クラスを特定し、前記音声データの各時刻の音韻クラスの音素事後確率(Phonological posteriors)を計算し、
前記判定工程が、前記解析工程によって得られた前記各時刻の音韻クラスの音素事後確率に基づいて、前記被験者の嚥下障害の度合いを判定する、
処理をコンピュータが実行する方法。 1. A method for determining swallowing status by a computer using speech analysis, the method comprising:
an input step of receiving input of voice data which is time-series data of voice uttered by the subject;
an analyzing step of analyzing the voice data received in the input step;
a determination step of determining the swallowing state of the subject based on the analysis result obtained by the analysis step;
Equipped with
the analyzing step performs a phonemic analysis on the speech data to identify phonemes included in the speech data, identify phoneme classes to which the phonemes included in the speech data belong, and calculate phoneme posterior probabilities (phonological posteriors) of the phoneme classes at each time point of the speech data;
the determining step determines the degree of dysphagia of the subject based on the phoneme posterior probability of the phoneme class at each time point obtained by the analyzing step.
The way a computer performs a process.
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