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喉頭がんの切除等により失われた声を取り戻すウェアラブルデバイスの開発

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ0795
補助金の研究課題番号 22J11210 (2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2022)
応募区分国内
審査区分 小区分90150:医療福祉工学関連
研究機関東京大学

研究代表者

竹内 雅樹  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2023年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2022年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード機械学習 / 電気式人工喉頭 / ニューラルネットワーク / 振動子 / 振動音
研究開始時の研究の概要

喉頭がんなどの病気により失われた声を取り戻せるウェアラブルデバイスを開発します。従来から存在するEL(電気式人工喉頭)という円筒型のデバイスは発声時に片手が塞がり、ロボットのような無機質で機械的な音声しか出せず、日本で市販されてから20年以上デバイスの見た目が変わっていないという問題があり、患者さんは悪目立ちしたくないことから、使用を避けてきました。そこで我々はハンズフリーで発声時に両手が使えて、かつヒトに近い声を発声でき、日常生活で使用しても悪目立ちしないデバイスを開発します。本研究では、よりヒトの声に近づけられるように振動音の改良を目指します。

研究実績の概要

昨年、研究実施計画を変更し、振動子を複数配置する・フィードバックをかけて抑揚制御を行うことにすることから、振動音の作成方法をLPC残差波を用いた方法でなく、ニューラルネットワークモデルを用いて機械学習を行い作成する、という方針に変更してから1年間ニューラルネットワークモデルの設計に尽力した。独自の録音システムを作成しそこで機械学習用の入力および教師データを収集したことで、声を失った方の録音データが従来だと2時間弱時間かかるところを5秒間の日本語母音「あ」の発声だけでその人の声に近づくように設計をした。また声を失った方でも簡単に使用できるようにシンプルなニューラルネットワークのモデルの構築を心掛けて、中間層を1つ入れただけの非線形モデルにより、従来の振動音よりも高周波数帯において人間の自然発話に近くなるという結果を得ることができた。この結果を持って、生体医工学会大会に採択され、IEEE EMBCにはOne page paperを提出した。また曲げセンサを用いて首を曲げるだけでハンズフリーで振動音のON/OFFを制御できる機構は昨年度中に作成していたが、そこから改良を加えて、乾電池をリチウムイオンポリマー電池から単4にして安全性の向上に努めたり、振動子を1つにすることで高音域のノイズを減らしたりした。まだ実用化に向けてのハードルは数多く存在するので、科研費の期間が終了後も引き続き改良を重ねて、声を失った方に届けられるようにしたいと考えている。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2024 2022 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) (うち招待講演 2件) 備考 (7件)

  • [雑誌論文] 発声支援デバイスの開発と今後の展望2022

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi Masaki、Ueha Rumi
    • 雑誌名

      喉頭

      巻: 34 号: 2 ページ: 58-64

    • DOI

      10.5426/larynx.34.58

    • ISSN
      0915-6127, 2185-4696
    • 年月日
      2022-12-01
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 線形予測法(LPC)残差波を用いて自然発声に近い音声を得るハンズフリー型電気式人工喉頭の開発2022

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi Masaki、Soejima Yutaro、Ahn Jaesol、Lee Kunhak、Takaki Ken、Ifukube Tohru、Yabu Ken-ichiro、Takamichi Shinnosuke、Sekino Masaki
    • 雑誌名

      電気学会論文誌. A

      巻: 142 号: 9 ページ: 390-396

    • DOI

      10.1541/ieejfms.142.390

    • ISSN
      0385-4205, 1347-5533
    • 年月日
      2022-09-01
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of a hands‐free electrolarynx for obtaining a human‐like voice using the LPC residual wave2022

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi Masaki、Soejima Yutaro、Ahn Jaesol、Lee Kunhak、Takaki Ken、Ifukube Tohru、Yabu Ken‐Ichiro、Takamichi Shinnosuke、Sekino Masaki
    • 雑誌名

      Electrical Engineering in Japan

      巻: 215 号: 4 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1002/eej.23409

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 機械学習を用いたヒトに近い声を生成するための電気式人工喉頭の振動スペクトル生成手法2024

    • 著者名/発表者名
      竹内雅樹
    • 学会等名
      第63回日本生体医工学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] パネルディスカッション5 代用音声新世紀―失った声を取り戻す―2024

    • 著者名/発表者名
      竹内雅樹
    • 学会等名
      第125回日本耳鼻咽喉科頭頸部外科学会総会学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 言語障害を抱える患者とのコミュニケーションを支える ~関わり方の工夫とデバイスの活用~2024

    • 著者名/発表者名
      竹内雅樹
    • 学会等名
      第29回日本緩和医療学会学術大会 第37回日本サイコオンコロジー学会総会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] NIPPON INNOVATION AWARD Grand Prizeの受賞について

    • URL

      https://www.t.u-tokyo.ac.jp/topics/tp2024-03-08-001

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] 竹内雅樹(28)×... 身体補助デバイスを開発する3人のミライクリエイター

    • URL

      https://www.youtube.com/watch?v=DZ0lwzfL1mA

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] 竹内雅樹さんらの研究がCNNで取り上げられました。

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] Restoring Lost Voices

    • URL

      https://ssir.org/articles/entry/restoring_lost_voices

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 失われた声を取り戻す次世代のハンズフリー型EL「Syrinx(サイリンクス)」

    • URL

      https://innouvators.com/ja/article/11363/

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 機械はどこまで人の声に近づけるのか?【Syrinx(サイリンクス)開発者、竹内雅樹氏】

    • URL

      https://zeroichi.media/with/9009

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 声のイノベーション──「ありがとう」がつくるこれからの社会

    • URL

      https://withnews.jp/article/k0230228001qq000000000000000S00110101qq000025544A

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2022-04-28   更新日: 2024-12-25  

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