JP-2026076468-A - 口腔機能評価装置、口腔機能評価方法及びプログラム

Abstract

【課題】簡易に嚥下機能を評価することができる口腔機能評価装置、口腔機能評価方法及びプログラムを提供する。 【解決手段】口腔機能評価装置４は、喉部計測領域設定部６４及び嚥下機能評価部６５を備える。喉部計測領域設定部６４は、深度カメラ３が被検者２の喉部を含む対象部２ａを撮像したことで得られる対象部２ａの三次元画像において、喉部における顎下部及び喉頭隆起を含む領域である喉部計測領域を設定する。嚥下機能評価部６５は、縦座標、横座標及び深度座標を定める三次元座標系において、喉部計測領域の中に設定された嚥下運動計測点の縦座標及び深度座標の経時変化に基づき、被検者２が嚥下に要した時間、嚥下の回数、嚥下のタイミング、及び、喉頭隆起の位置変化の少なくともいずれかを評価する。 【選択図】図１

Inventors

• 大川 純平
• 堀 一浩

Assignees

• 国立大学法人 新潟大学

Dates

Publication Date

20260512

Application Date

20241024

Claims (7)

1. 深度カメラが被検体の喉部を含む対象部を撮像したことで得られる前記対象部の三次元画像において、前記喉部における顎下部及び喉頭隆起を含む領域である喉部計測領域を設定する喉部計測領域設定部と、 縦座標、横座標及び深度座標を定める三次元座標系において、前記喉部計測領域の中に設定された嚥下運動計測点の前記縦座標及び前記深度座標の経時変化に基づき、前記被検体が嚥下に要した時間、前記嚥下の回数、前記嚥下のタイミング、及び、前記喉頭隆起の位置変化の少なくともいずれかを評価する嚥下機能評価部と、を備える、 口腔機能評価装置。
2. 前記対象部は、前記被検体の顔面部を含み、 前記三次元画像から前記顔面部における複数のランドマークを検出するランドマーク検出部と、 前記ランドマーク検出部によって検出された前記複数のランドマークに基づき、前記横座標を定める第１の軸と、前記縦座標を定める第２の軸と、前記深度座標を定める第３の軸とからなる前記三次元座標系を設定する座標系設定部と、をさらに備え、 前記喉部計測領域設定部は、前記ランドマーク検出部によって検出された前記複数のランドマークに基づいて特定した前記被検体のオトガイの位置の直下に前記喉部計測領域を設定する、 請求項１に記載の口腔機能評価装置。
3. 前記喉部計測領域設定部は、前記喉部計測領域の中で前記深度座標が最も前記深度カメラに近い値を示す特定点を検出し、検出した前記特定点を含み、前記第２の軸と平行に並ぶ複数の点を前記嚥下運動計測点に設定する、 請求項２に記載の口腔機能評価装置。
4. 前記複数のランドマークは、前記被検体の下唇より下方に位置し、前記オトガイの位置を含む１又は複数の下顎運動計測点を含み、 前記下顎運動計測点の前記縦座標、前記横座標及び前記深度座標の経時変化に基づき、前記被検体による咀嚼の期間、前記咀嚼のスピード、前記咀嚼の際の開口量、前記咀嚼の回数、及び、前記被検体が前記咀嚼を左右どちらの側で行っているか、の少なくともいずれかを評価する咀嚼機能評価部をさらに備える、 請求項２又は３に記載の口腔機能評価装置。
5. 前記複数のランドマークは、前記被検体の左眼角、右眼角、額及び鼻尖を含み、 前記座標系設定部は、前記左眼角及び前記右眼角に基づいて前記第１の軸を定め、前記額及び前記鼻尖に基づいて前記第２の軸を定め、前記第１の軸と前記第２の軸に基づいて前記第３の軸を定める、 請求項２又は３に記載の口腔機能評価装置。
6. 深度カメラが被検体の喉部を含む対象部を撮像したことで得られる前記対象部の三次元画像において、前記喉部における顎下部及び喉頭隆起を含む領域である喉部計測領域を設定するステップと、 縦座標、横座標及び深度座標を定める三次元座標系において、前記喉部計測領域の中に設定された嚥下運動計測点の前記縦座標及び前記深度座標の経時変化に基づき、前記被検体が嚥下に要した時間、前記嚥下の回数、前記嚥下のタイミング、及び、前記喉頭隆起の位置変化の少なくともいずれかを評価するステップと、を備える、 口腔機能評価方法。
7. コンピュータを、 深度カメラが被検体の喉部を含む対象部を撮像したことで得られる前記対象部の三次元画像において、前記喉部における顎下部及び喉頭隆起を含む領域である喉部計測領域を設定する喉部計測領域設定手段、 縦座標、横座標及び深度座標を定める三次元座標系において、前記喉部計測領域の中に設定された嚥下運動計測点の前記縦座標及び前記深度座標の経時変化に基づき、前記被検体が嚥下に要した時間、前記嚥下の回数、前記嚥下のタイミング、及び、前記喉頭隆起の位置変化の少なくともいずれかを評価する嚥下機能評価手段、として機能させる、 プログラム。

Description

本発明は、口腔機能評価装置、口腔機能評価方法及びプログラムに関する。 口腔機能を評価する装置として、特許文献１には、被検者が所定の音節または所定の文を発話した音声を非接触により集音することで得られる音声データ、被検者の顔または首を撮像することで得られる第１画像、および、被検者の口腔内を撮像することで得られる第２画像を用いて摂食嚥下機能を評価する発明が記載されている。また、特許文献２には、被検者の頸部に巻回して設置され、嚥下機能を評価する装置が記載されている。 国際公開第２０１９／２２５２４１号特開２０１７－２３６７６号公報 本発明の一実施形態に係る口腔機能評価システムの構成を示す図である。同上実施形態に係る複数のランドマーク及び喉部計測領域を説明するための被検者の正面図である。同上実施形態に係る複数のランドマーク及び喉部計測領域を説明するための被検者の斜視図である。（ａ）～（ｃ）は、下顎運動計測点の三次元座標の経時データが被検者の下顎運動を捉えているかを確認した実験結果を示すグラフの図である。（ａ）は、同上実施形態に係る５つの下顎運動計測点の経時変化を示すグラフの図であり、（ｂ）は、図５（ａ）のグラフの一部拡大図である。同上実施形態に係る下顎運動計測点の任意の１点における被検者の左右方向での経時変化を示すグラフの図である。（ａ）は、同上実施形態に係る複数の嚥下運動計測点のそれぞれの経時変化を示すグラフの図であり、（ｂ）は、測定開始直後における複数の嚥下運動計測点のそれぞれの縦及び奥行き方向での位置を示すグラフの図であり、（ｃ）は、図７（ｂ）の時点からある期間経過時点での複数の嚥下運動計測点のそれぞれの縦及び奥行き方向での位置を示すグラフの図である。図７（ｂ）及び（ｃ）のグラフを重ね合わせた図である。図７（ｂ）の時点から図７（ｃ）の時点までの複数の嚥下運動計測点のそれぞれの奥行き方向の移動量を表すグラフの図である。同上実施形態に係る表示部に表示可能な三次元画像の一例を示す図である。 本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。 図１に示す口腔機能評価システム１は、被検者２の口腔機能として、咀嚼から嚥下に亘る一連の機能を評価するシステムであり、深度カメラ３と、口腔機能評価装置４と、を備える。 深度カメラ３は、ＲＧＢカメラと、深度情報を得るための深度センサーとを備えて構成され、ＲＧＢ画像の各ピクセルの深度データを取得する。深度カメラ３は、深度データをＲＧＢ画像と組み合わせることで、三次元的な視覚情報（以下、三次元画像）を生成する。深度カメラ３としては、例えば、インテルＲｅａｌＳｅｎｓｅ（登録商標）デプスカメラＤ４３５等の市販のものを用いることができる。 口腔機能評価システム１で口腔機能の評価を行う際には、被検者２が摂食して咀嚼から嚥下が完了するまでの期間に亘って、深度カメラ３で被検者２の対象部２ａの撮像を行う。対象部２ａは、被検者２の顔面部及び喉部を含む。深度カメラ３は、被検者２の三次元画像のデータ（ＲＧＢ画像のデータと、当該ＲＧＢ画像の各ピクセルの深度データを含む）を後述の制御部６に送る。 口腔機能評価装置４は、表示部５と、制御部６と、を備える。表示部５は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等から構成され、制御部６の制御の下で画像を表示する。例えば、表示部５は、深度カメラ３が撮影している被検者２の三次元画像をリアルタイムで表示したり、当該三次元画像に基づく口腔機能の解析過程及び評価結果を表示したりする。 制御部６は、深度カメラ３及び表示部５の動作を制御する。制御部６としては、パーソナルコンピュータ、スマートフォン、タブレット端末などの情報端末に実装されたマイクロコントローラを使用できる。なお、深度カメラ３及び表示部５の少なくともいずれかは、前記情報端末に含まれる構成であってもよい。つまり、口腔機能評価装置４の一部または全部は、前記情報端末から構成されてもよい。 制御部６は、内蔵のメモリに記憶しているプログラムを実行する際の機能として、ランドマーク検出部６１と、座標系設定部６２と、咀嚼機能評価部６３と、喉部計測領域設定部６４と、嚥下機能評価部６５と、を備える。 （ランドマーク検出部６１） ランドマーク検出部６１は、深度カメラ３から取得した三次元画像から、被検者２（対象部２ａ）の顔面部において予め設定された複数のランドマーク（特徴点）を検出する。ランドマーク検出部６１は、機械学習モデルを利用して、三次元画像の対象部２ａから複数のランドマークを検出する。この機械学習モデルは、機械学習が施されたニューラルネットワークであり、対象部２ａの画像が入力された際に、予め設定された複数のランドマークを出力するように、教師データを用いた機械学習が施されている。なお、機械学習モデルは、ランドマーク検出部６１が有する構成であってもよいし、ランドマーク検出部６１がネットワークを介して取得又は利用する構成であってもよい。例えば、機械学習モデルとして、オープンソースの機械学習ライブラリーであるＭｅｄｉａＰｉｐｅが提供する、顔の位置や特徴点をリアルタイムで検出するモデルを用いることができる。 顔面部において予め設定された複数のランドマークは、図２、図３に示すように、基準点Ｐ０、顎顔面運動観察点Ｐ１（図３参照）、及び、下顎運動計測点Ｐ２を含む。ランドマーク検出部６１は、検出したこれらのランドマークをリアルタイムで表示部５に表示させることができる。 基準点Ｐ０は、座標系設定部６２が三次元座標系を設定するため用いられ、本実施形態では、被検者２の左眼角、右眼角、額（眉間）及び鼻尖の各位置を示し、計４つ設定されている。ランドマーク検出部６１は、左眼角と右眼角を結ぶ線分と、額と鼻尖を結ぶ線分とを基準線として、リアルタイムで表示部５に表示させることも可能である。なお、基準点Ｐ０の数及び位置は、座標系設定部６２が三次元座標系を設定することができれば、この例に限られず任意に変更可能である。基準点Ｐ０は、顔面部のうち下顎部を除く領域に少なくとも４つ設定されていることが好ましいと考えられる。 顎顔面運動観察点Ｐ１は、口腔機能評価システム１を用いる医療従事者などの評価者が、顎顔面運動を観察する際に用いられ、本実施形態では、被検者２の鼻下点、上唇、下唇、左口角及び右口角の各位置を示し、計５つ設定されている。ランドマーク検出部６１は、評価者が顎顔面運動を観察する際に用いる観察線として、基準点Ｐ０によって規定される額と鼻尖とを結ぶ線分（前述の基準線と同様）と、鼻尖と鼻下点とを結ぶ線分と、鼻下点と上唇とを結ぶ線分と、上唇と下唇とを結ぶ線分と、上唇と左口角とを結ぶ線分と、左口角と下唇とを結ぶ線分と、上唇と右口角とを結ぶ線分と、右口角と下唇とを結ぶ線分と、をリアルタイムで表示部５に表示させることも可能である。なお、顎顔面運動観察点Ｐ１の数及び位置は、評価者が顎顔面運動を適切に評価することができれば、この例に限られず任意に変更可能である。 下顎運動計測点Ｐ２は、下顎運動を計測するために用いられ、本実施形態では、被検者２の下唇より下方に位置し、オトガイ（顎先）の位置を含んで、計５つ設定されている。なお、下顎運動計測点Ｐ２の数及び位置は、後述のように下顎運動を適切計測することができれば、この例に限られず任意に変更可能である。 （座標系設定部６２） 座標系設定部６２は、ランドマーク検出部６１によって検出された複数のランドマークに基づき、被検者２の横方向を定めるＸ軸（横座標を定める第１の軸）と、Ｘ軸と直交して被検者２の縦方向を定めるＹ軸（縦座標を定める第２の軸）と、Ｘ軸及びＹ軸と直交して被検者２の奥行き方向を定めるＺ軸（深度座標を定める第３の軸）とからなる三次元座標系を設定する。例えば、座標系設定部６２は、左眼角及び右眼角の各位置を示す基準点Ｐ０に基づきＸ軸を設定し、額（眉間）及び鼻尖の各位置を示す基準点Ｐ０に基づきＹ軸を設定し、このように設定したＸ軸及びＹ軸に基づきＺ軸を設定する。三次元座標系の原点は、任意に設定可能であるが、Ｘ座標が０（ゼロ）の場合のＹ軸が、被検者２の正中線に相当する位置に設定されることが好ましい。例えば、座標系設定部６２は、被検者２の正中線を、左眼角を示す基準点Ｐ０と、右眼角を示す基準点Ｐ０とを結ぶ線分の中点を通る垂直二等分線として推定可能である。 上記のように設定される三次元座標（三次元直交座標系）は、被検者２の頭部にリアルタイムで追従し、また、顔面部のうち下顎部を除く領域に設定されるため、被検者２の下顎運動を計測する際の基準座標系として適したものとなる。なお、座標系設定部６２による三次元座標系の設定は、後述のように、下顎運動を適切に計測することができれば、この例に限られず任意に変更可能である。 ここで、本願発明者らは、下顎運動計測点Ｐ２の三次元座標の経時データが、実際の被検者２の下顎運動を捉えているかを確認する実験を行った。その実験結果のグラフを図４（ａ）～（ｃ）に示す。図４（ａ）～（ｃ）のグラフで、濃い色の波形は下顎運動計測点Ｐ２（任意の１点）の座標変化（単位［ｍｍ］）を示し、薄い色の波形は、Ｋ７エバリュエーションシステム（マイオトロニクス社製）で得られた出力変化（電圧信号の変化：単位［Ｖ］）を示す。これらのグラフのいずれも横軸が時間軸である。具体的に、図４（ａ）は下顎運動計測点Ｐ２のＹ方向の座標変化に対応し、図４（ｂ）は下顎運動計測点Ｐ２のＸ方向の座標変化に対応し、図４（ｃ）は下顎運動計測点Ｐ２のＺ方向の座標変化に対応する。これらのグラフから、下顎運動計測点Ｐ２の三次元座標の経時データが、実際の被検者２の下顎運動を捉えていることが分かる。この実験結果を基に、咀嚼機能評価部６３は、次のように咀嚼機能を評価する。 （咀嚼機能評価部６３） 咀嚼機能評価部６３は、下顎運動計測点Ｐ２の三次元座標の経時変化に基づき、咀嚼機能を評価する。ここで、図５（ａ）は、被検者２に規格化されたグミゼリー１つを摂食させた際に計測した５つの下顎運動計測点Ｐ２の経時変化を示すグラフである。当該グラフにおいて、縦軸はＹ軸に相当し、横軸は時間軸である。５つのグラフのうち、最も上のグラフは下唇に最も近い下顎運動計測点Ｐ２の経時変化であり、最も下のグラフはオトガイを示す下顎運動計測点Ｐ２の経時変化である。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）のグラフの一部拡大図である。 図５（ａ）において、Ｔは、グミゼリーの咀嚼の開始から咀嚼が終了までの咀嚼期間を示す。咀嚼期間に亘って下顎運動計測点Ｐ２は上下に揺動し、咀嚼１回分に対応して下顎運動計測点Ｐ２が谷を描くように経時変化する。この特性を利用して、咀嚼機能評価部６３は、被検者２による咀嚼の期間、咀嚼のスピード、咀嚼の際の開口量、及び、咀嚼の回数を評価する（特定する）。 具体的に、咀嚼機能評価部６３は、任意の下顎運動計測点Ｐ２につき、揺動が開始してから終了するまでの期間（つまり、咀嚼の開始から終了までの期間）を計測し、計測した期間を咀嚼期間（単位は、［ｓ］等の時間）として特定する。また、咀嚼機能評価部６３は、咀嚼期間のうち、図５（ｂ）に示すように、咀嚼１回分に相当する谷の幅ｔ（つまり、咀嚼１回分に要する時間）を計測し、これを咀嚼のスピード（単位は、［ｓ］等の時間）として特定する。なお、咀嚼のスピードは、咀嚼期間における平均値であってもよい。このように、咀嚼期間における咀嚼のスピードの平均値は、咀嚼期間における咀嚼１回分の周期（咀嚼のサイクル）と捉えることもできる。また、咀嚼機能評価部６３は、当該周期の逆数を算出して、咀嚼の期間における咀嚼の振動数を求めてもよい。また、咀嚼機能評価部６３は、図５（ｂ）に示すように、咀嚼１回分に相当する谷の深さＡを計測し、これを咀嚼の際の開口量（単位は、［ｍｍ］等の長さ）として特定する。なお、開口量は、咀嚼期間におけ