2021 Fiscal Year Research-status Report
Study on speech assistance / supporting device with myoelectric signal for dysphonic person
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20K11226
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| Research Institution | Daiichi Institute of Technology |
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Principal Investigator |
大惠 克俊 第一工科大学, 工学部, 教授 (80388123)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 発声障害 / 機能代行 / 人工喉頭 / 筋電位信号 / 補助・支援デバイス / 食道発声法 / 電気喉頭 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和３年度においては，主として発声補助用小型ポンプの形状改良，食道発声法訓練支援デバイスと人工喉頭制御システムのArduino＋Myoware化に関する研究を実施した．
小型ポンプに関しては，これまでマイクロブロアから吐出される空気を流路を用いて集合させる方式を採ってきたが，有限要素シミュレーションを用いた結果から流量の不足が解決できていなかった．そこで空気の粘性を利用してブロアからの気流で周囲の空気を誘引することで流量の増加が見込めると予測し，モデルの作成およびシミュレーションを行った．形状はデバイス中央に全体を貫通する主流路を配置，それに各ブロアからの流路を開口させこれらの流路からの気流により主流路中に貫通孔出口向きの気流を生成させることで，貫通孔入口から空気も取り入れて流量の増大を目指すものである．現段階では主流路の断面積不足から逆向きの圧力が生じることが明らかとなり，主流路の断面積を徐々に増やす形状が必要であるという結論に至った．
食道発声法訓練支援デバイスに関しては，食道発声法使用者に評価用システムを試用してもらう予定であったが，現在継続中の新型コロナ感染症の影響で対面での実験に進めていない．この影響が今後も続く可能性があるため，対面での実験ではなく測定機器を送付してリモートでの実験・測定が可能な，ArduinoとMyowareを用いた安価でより簡便な測定システムの構築に着手した．これまでに１台のArduinoと２台のMyowareによる２箇所の筋電位信号の同時計測が可能となった．
人工喉頭制御システムに関しては，ArduinoとMyowareを用いて検出した筋電位信号から，電気式人工喉頭の制御用信号の生成に関する取り組みを行った．これまでに電気式人工喉頭のオンオフ制御用信号の生成は可能となっており，実際の電気式人工喉頭の制御に成功した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
発声補助用小型ポンプに関しては，これまでに着目してこなかった「空気の粘性を利用して周囲の空気を巻き込み流量を増大させる」という新しい形状を考案し，有限要素シミュレーションにより効果を確認した．その過程において，主流路の断面積の不足に起因すると考えられる逆向きの気流の発生が見られ，今後の設計改良への指針を示すことができたため当初の計画にはない進捗が見られたと考える．
食道発声法訓練支援デバイスに関しては，新型コロナ感染症の影響により当初予定していた対面による食道発声法使用者を対象とした実験を行うことができなかった．しかし安価・簡便な測定機器を作製して被験者に送付，リモートで実験が可能となるように方向を転換し，そのためのデバイスの作製に着手した．現段階ではArduinoとMyowareを用いて２箇所の筋電位信号を同時に計測，記録できるようになっており，順調に進捗していると考えられる．
人工喉頭制御システムに関しては，安価なシステムの実現のためArduinoをMyowareを用いた制御システムの試作を行い，これまでに電気式人工喉頭のオンオフ制御に成功しており，ほぼ計画通りに進捗していると考えられる．
人工喉頭音源の低周波数化およびスピーキングバルブに関しては人員面から本年度は保留とした．上述のように積極的な研究を行わなかったテーマがあるが，予定通り実施した内容に関してはほぼ計画通りか計画にない進捗が見られたため，全体としておおむね順調に進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和４年度に関しては，大学を移動したことに伴い７月からの研究活動開始となり，また研究体制も不明であるため一部のテーマでは実施内容を縮小する可能性もあるが，可能な限り全テーマを実施したいと考えている．各項目についての推進方策を以下に整理する．
人工喉頭制御システム：本年度までに作製したArduinoとMyowareを用いた制御システムの改良を進める．特に検出した筋電位信号からの発声音の高さ制御用信号の生成について重点的に進める予定である．また全体をパッケージ化して，人工喉頭本体や筋電位信号検出電極の体への固定方法に関しても実施する．
発声補助用小型ポンプ：本年度実施した空気の粘性を利用して周囲の空気を誘引し流量増大を目指す形状の改良を進める．具体的には主流路の断面積の変化やブロアからの流路の集合方法などに関して，これまで通り有限要素シミュレーションにより形状の適性を確認しつつ，３次元プリンタを利用した試作および性能評価を行う予定である．
食道発声法訓練支援デバイス：本年度着手したArduinoとMyowareを用いた安価・簡便な測定機器の作製を進める．現状の２箇所の筋電位信号に加え，音声信号も測定できるように改良し，パッケージ化したものを作製する．また新型コロナ感染症の状況によっては，対面での食道発声法使用者の筋電位信号測定も再開する予定である．
人工喉頭音源に関しては，使用者の負担になりにくい固定方法の考案や，従来の縦振動ではなく横方向の振動を用いた手法などに関する提案および予備実験を，スピーキングバルブに関しては，前年度に実施した形状の改良を進めたいと考えている．
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| Causes of Carryover |
（理由）令和３年度に関しては，食道発声法使用者へのアンケート依頼および筋電位信号の測定や研究打合せのための複数回の出張を計画していたが，新型コロナ感染症の影響のため出張をほぼ全て取りやめることとなった．またアメリカで開催される国際会議やその他国内で開催される学会への参加も計画していたが，全てがオンライン開催に変更されたため出張旅費を使用する機会がなかった．また被験者による実験も行うことができなかったため，謝金の支出もなかった．これらを有限要素シミュレーション用PCや筋電位測定用PC，データ整理用PCの更新およびそれらのための周辺機器やソフトウェアの購入費，また電子部品などの購入費や論文誌投稿に関わる経費に充当することとしたが，幾分かの繰越金が発生することとなった．
（使用計画）令和４年度においては，計画している発声補助用小型ポンプおよびスピーキングバルブ，筋電位測定用電極を固定する保持具やパッケージ化した計測デバイスのケースなどの試作を行う予定である．また人工喉頭音源の制御のためにソフトウェアの更新が必要となるため，この更新費用が発生する．さらに新型コロナ感染症の状況次第であるが，研究打合せや筋電位信号測定，成果発表などの機会があれば旅費や被験者への謝金が必要となると考えられる．次年度の補助金と併せて，これらの試作費，物品費，謝金，旅費などに使用する予定である．
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Research Products
(12 results)
