2018 Fiscal Year Research-status Report
Research about new-type welfare devices such as speech assist device controlled by myoelectric signal
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17K01602
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| Research Institution | DAIICHI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY |
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Principal Investigator |
大惠 克俊 第一工業大学, 工学部, 准教授 (80388123)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 人工喉頭 / 表面筋電位 / スピーキングバルブ / 発声訓練 / 食道発声法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成29年度の成果により研究計画の修正が必要となり，平成30年度においては昨年度の報告書に記載された，1）電気喉頭の個人に合わせた制御パラメータについての考察，2）電気喉頭の練習回数と上達度合いに関する評価，3）音声の2段階制御の評価に関する客観的評価，4）スピーキングバルブの形状改良および試作，5）食道発声法訓練デバイスの個人差に関する評価およびその他の筋の測定による使用筋のより正確な特定，を実施する予定となっていた．これらのうち，3，4，5項の一部については研究の進捗状況により実施を保留した．
1）使用者個人に合わせた制御パラメータの考察については，被験者を増やして測定を行った結果，従来より提案してきた指数関数を用い，被験者毎に詳細なパラメータ設定を行ったものが高い制御性を示し，本手法の有効性が確認された．
2）練習回数と上達度合いに関しては，現状では2名についてのみ検証を行った．結果として，両者とも15回程度で適切な筋電位信号を発生させることが可能であることが明らかとなった．
3）音声の2段階制御の評価に関しては，被験者を増やして評価を行い，従来の使用者が意識した音の高さと筋電位信号から見積もった音の高さを比較する手法では非常に高い制御性を示した．しかし課題であった音声認識ソフトを利用した評価の実施には至らなかった．
4）スピーキングバルブの形状に関しては，これまでの整流板による気流抵抗の低減に代えて，流路に障害物を持たない形状のバルブを考案，有限要素法による評価を行った．その結果，従来型よりも低い気流抵抗となることが明らかとなった．しかし試作には至っていない．
5）食道発声法訓練デバイスに関しては，これまでに測定したデータを改めて解析することで，実用化に向けた評価パラメータを提案した．しかし個人差に対する評価等は実施できなかった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
平成29年度の成果に基づき研究計画が変更されたが，その計画に沿って以下の成果が得られた．
１）使用者個人に合わせた制御パラメータに関しては，被験者を新たに4名増やした結果から被験者個人に適したパラメータ設定を行った場合には，いずれの被験者に関しても高い制御性を持つことが明らかとなった．しかし個人に合わせた設定を行わない場合には制御性が低下した．このことから制御関数に関しては使用者毎にパラメータ設定を行うことが必要であると考えられるが，発声音を連続的に変化させる必要性が低くなったため，制御関数に関して再考する必要が生じた．２）練習回数と上達度合いに関しては，2名のみではあるが同じ傾向が見られた．被験者を増やしてさらに深い検討を行う必要があると考えられる．３）音声の2段階制御の評価に関しては新たに被験者を2名増やし合計3名で評価を行ったが，1名の指数関数を用いた制御関数使用時を除き，8つの条件下で3段階制御より高い制御性が得られた．例外であった１例においてもエラー率の差は0.7%であった．４）スピーキングバルブの形状に関しては，従来の回転式バルブからスライド式バルブに設計変更し，その結果として流路内の障害物が無くなった．有限要素解析結果から，圧力損失は従来の32.7kPaから16.0kPaへと減少した．この成果を基に試作を行う予定である．５）食道発声法訓練デバイスに関しては昨年度得られたデータを改めて解析し，実際に訓練デバイスとして使用する際に必要な評価基準として用いるための信号解析手法について検討を行った．本手法は昨年提案したものと比較して明確に評価することが可能であり，評価基準として使用可能であることが確認された．
以上の内容から，変更された研究計画と比較して部分的には進んでいる点もあるが，全体としてはやや遅れていると評価した．
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度である本年度においては，初年度の成果に基づいて変更された研究計画に沿って，昨年度得られた結果を発展させ，研究目的の達成を目指す予定である．以下に項目毎に整理する．
１）使用者個人に合わせた制御パラメータ：使用者全てに対して高い制御性を持つパラメータの同定は困難であると考え，使用者毎のパラメータ決定をスムーズに行う手法について検討を行う．その過程において，発声音の周波数をアナログ的に制御するという考えから２段階，３段階での制御へと変更し，筋電位信号の不安定さを考慮した制御手法の実現を目指す．また実用化に向けた制御システムの開発も実施する．
２）練習回数と上達度合い：被験者を大幅に増やし，練習方法の良否や習得度の評価基準とするためにデータを収集する予定である．
３）音声の２段階制御の評価：これまでの評価手法に加え，市販やオンラインで入手および使用可能な音声認識ソフトを用い，２段階制御による音声明瞭度を３段階制御によるものと比較することで，２段階制御の実用性を評価する．また音声認識ソフトによる評価基準を明確にすることで，その他の音声との比較を客観的に行えるシステムの基礎研究とする予定である．
４）スピーキングバルブ：平成30年度にて提案したスライドバルブを持つバルブを試作，実際に筋電位信号を用いて制御し，その性能評価を行う．
５）食道発声法訓練デバイス：被験者数を大幅に増やし，訓練デバイスにより適した筋電位信号の検出箇所および信号処理について研究を進める．そこで得られた手法を用いて訓練デバイスの試作を行い，その性能評価までを行う予定である．
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| Causes of Carryover |
（理由）平成30年度においては，より多くの被験者，特に食道発声法使用者を用いた評価実験を行う予定であった．しかし研究体制の不備や被験者の確保が上手くいかず，評価実験に進むことができなかった．また試作においては企業に発注する予定であったが，シミュレーションは実施したが試作には至らなかった．これらにより，被験者へ支払う予定であった謝金および試作費用等を使用することがなかったため，残高が発生したものである．
（使用計画）本年度においてはこれまでの経過を踏まえ，被験者を募りより多くの評価実験を行う予定である．そのために食道発声法使用者の団体へは連絡済みであり，評価実験を行う手段は確保できている．また試作に関しては，研究代表者の所属機関において平成30年度に高精度な3Dプリンタを導入しており，これを用いて多数試作を行う予定である．そのための材料費および製作費が必要となる．これら被験者への謝金および試作のための材料費，製作費などに使用する予定である．
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