JPH0226968B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、超音波による言語機能診断装置に
係り、特に発音に伴う舌のプロフイールを視覚像
として得るようにした超音波による言語機能診断
装置に関する。

（発明の技術的背景） 超音波による診断装置は各種のものが知られて
おり、超音波の反射波をパルス波形で表示するＡ
モード装置や、循環器各部の動きを表示するＭモ
ード装置などが知られている（’84ME機器技術
総覧、電子計測出版社刊、昭和58年４月１日発
行）。

これらは、第６図に示すように、プローブから
の発信パルス６０が体内などで反射して得られる
反射パルス６１，６２，６３をブラウン管などに
連続的に表示するものである。

このような装置によれば、正確な断層像を得る
ことが目的であるため、プローブによる走査周期
を短くし、また小さな反射パルスも正確に描出す
ることが期待される。このことについて、前述の
刊行物は「心拍に同期して心臓の静止超音波画像
を作るとき、拍動に一致して30ms以内の短時間
で一画面を作成するようにすれば、弁のように速
く運動する部分でも、ほぼある瞬間の断面とみな
せる画像が得られる。このような像を１秒間に30
枚程度作れば、心臓の動いている状態を自然な状
態で観察できる。」と述べている。

この種の従来装置を言語機能の診断及び矯正の
ために用いることが最近行われている。

すなわち、言語に何らかの障害がある場合、或
る音（例えば、「あ」）を発音した際の舌の形を計
測し、どのような異常又は障害があるかを正常な
発音時の舌の形と比較して診断できる。また、正
常な発音に必要な舌の形をその障害者に見せるこ
とにより、発音訓練を行うことができる。

このような目的のため、発音の異常の状態を舌
の形から判断しまた訓練を行うためには、舌の基
本的な形（プロフイール）だけが分かる必要があ
り、また刻々変化する舌のプロフイールの平均的
な形が分かる必要がある。

しかし、前述の従来装置によれば、人体組織や
器官の運動を詳細に観察することを目的としてい
るため、人体組織の詳細な部分についての信号が
邪魔となり正確な舌のプロフイールを把握するの
が難しかつた。また、前述のように、Ｍモード装
置によれば動いている組織の観察が可能である
が、舌の動いている状態を観察しても、これを用
いて発音訓練をすることは、特定の舌のプロフイ
ールが示されないため、不可能であつた。

また、特にこの種の従来装置では、口蓋とプロ
ーブとの距離変化及び口蓋と舌との距離変化を補
正して、口腔内における舌の正しい相対関係を描
出することができなかつた。

すなわち、プローブと口蓋との距離は発音毎に
変動するため、言語機能を正確に判断するために
は、舌の動きと口蓋との関係を正確に把握しなけ
ればならない。

例えば、「か（Ka）」の発音を考える。先ず、
音素「ｋ」を発音するため、舌の前後断面で見た
中央部付近が口蓋に接触して息が止められる。次
に、その舌と口蓋のところに間隙を作り息が通過
し、舌は口蓋と当たらない母音「ａ」を発音する
に至る。

ここで、予め登録しておいた口蓋の静止像と
時々刻々の舌のプロフイールとを関係付けようと
しても、発音に際して、顎下面にある頤舌骨筋の
緊張によつて、また口腔の開閉によつて相対距離
が変化してしまうため、従来装置では正確な位置
関係を把握することは不可能であつた。

（発明の目的） この発明は、以上の従来技術の欠点を除去しよ
うとして成されたものであり、特定の発音につい
ての舌のプロフイールを表示し、またこのプロフ
イールと舌の周辺組織との相対的な位置関係を正
確に表示し得る超音波による言語機能診断装置を
提供することを目的とする。

（発明の概要） この目的を達成するため、この発明によれば、
超音波プローブを走査して得られる反射信号の現
在のデータを各走査毎に過去のデータと加算平均
し、この平均値の各走査毎の最大値を補間するデ
ータによつて舌のプロフイールを描出すると共
に、ビデオカメラなどの画像読取り手段によつて
人体の外観を読取り舌縁部の周辺組織の相対的位
置関係を演算出力して、前記舌のプロフイールの
データと合成して表示するようにする。

（発明の実施例） 以下、添付図面に従つてこの発明の実施例を説
明する。なお、各図において同一の符号は同様の
対象を示すものとする。

第１図はこの発明の実施例を示す。

図において、１０は超音波プローブ、１１は送
信回路、１２は走査回路、１３は前置信号処理回
路、１４はAD変換器、１５は画像信号形成回
路、１６はビデオ信号処理回路、１７は表示回
路、１８は制御回路、２０は画像読取り手段、２
１は周辺画像データメモリ、２２は周辺画像デー
タ演算回路である。

プローブ１０は特定周波数の超音波を発信する
ものであり、医療用として各種のものが知られて
いる。この種のプローブは送信と受信とを一台で
兼ねており、これを例えば第２図のように下顎２
０に接触させて計測を行う。

超音波は、伝達する媒質の音響インピーダンス
に変化がある場合に、その境界面で反射を起こ
す。人体の筋肉組織のインピーダンスは水に近
く、舌上縁に想定される空気層のインピーダンス
の約4000倍であり、大きなレベルの反射波が得ら
れる。また、インピーダンスの差は舌肉の組織内
にもあるが、舌と空気の間ほどの比率にはなら
ず、反射波のレベルは非常に小さい。更に、舌が
口蓋に接している状態では、口蓋骨２２による反
射波が得られるが、骨のインピーダンスは水の約
４倍であり、舌上縁が空気層である場合ほど反射
波のレベルは大きくならない。この場合、注目す
る舌上縁が口蓋骨に近い位置にあるという情報が
得られる。

このようなプローブ１０は、第２図に示すよう
な位置に保持したまま、第３図に示すような各種
の電子的な方法で走査することができる。すなわ
ち、第３図ａはリニア走査法を示している。ここ
で、プローブ１０は複数の振動子１０Ａ，１０
Ｂ，１０Ｃ，……を有し、またこれらとそれぞれ
直列に接続された電子スイツチSW１，SW２，
SW３，……を有する。

走査回路１２はこの電子スイツチの１つを順次
オン状態とし（図においてはスイツチSW３）、
これに同期して送受信部３１により該当する振動
子を作動させる。

これに対して、第３図ｂはセクタ走査法を示
す。この場合、複数の振動子１０Ａ，１０Ｂ，１
０Ｃ，……はそれぞれ走査回路１２で駆動される
遅延手段DL１，DL２，DL３，……を備えてい
る。遅延手段は各々遅延時間を走査回路１２によ
つて変化させることができる。また、各遅延手段
には送受信部３１から共通の信号が入力されるた
め、遅延要素DL１，DL２，DL３，……による
遅延特性によつて１つの波面３６が形成される。
従つて、走査回路１２により遅延手段の遅延特性
を連続的に変化させてやることにより、プローブ
１０の法線Ｎ１に対する波面３６の法線Ｎ２の角
度θを＋45度から−45度を縁えて連続的に変化さ
せて走査を行うことができる。

送信回路１１はこのようなプローブ１０を付勢
し所定の周波数の超音波を発信させるためのもの
である。また、走査回路１２は第３図で説明した
と同様の走査を行うものである。

前置信号処理回路１３は、受信信号の波形整形
や増幅を行う。特に、増幅器の利得をパルス発信
直後から増大させて距離による反射波の減衰量を
補正する機能、広いダイナミツクレンジの反射信
号を取扱うことができるようにするための対数増
幅機能、及び反射信号の振幅情報を得るための検
波機能などを有する。

AD変換器１４は前置信号処理回路１３の出力
信号をデイジタル信号に変換する。

画像信号形成回路１５は第４図に示すようであ
る。同図によれば、回路１５は、バツフアメモリ
４１、加算平均処理回路４２、データメモリ４
３、最大距離演算回路４４、バツフアメモリ４
５、補間処理回路４６、及び画像信号合成回路４
７を備えている。

バツフアメモリ４１は、各走査によつて得られ
たデータを一時記憶させておくためのものであ
る。このバツフアメモリ４１の内容は順次加算平
均処理回路４２へ転送される。従つて、バツフア
メモリ４１には現在のデータが保持されており、
データメモリ４３には過去の加算平均データが蓄
積されている。

加算平均処理回路４２は、バツフアメモリ４１
の現在のデータ及びデータメモリ４３の過去の加
算平均データからデータの特徴と抽出し、Ｓ／Ｎ
を改善するために有効な回路である。すなわち、
この発明の装置による計測又は診断の対象は、絶
えず運動している舌であることを考えると、演算
結果に占める前のデータの割合が指数的に減少す
る。

Y_o＝Y_o-1＋（X_o−Y_o-1）／Ｋ （ただし、Y_oは、今回の計算結果、Y_o-1は、
前回の計算結果、X_oは、今回のデータ、
Ｋは、加算ウエイト） のような式を演算することが目的に沿う。

上式において、信号は規則的に入力されるた
め、その信号レベルが維持された計算結果とな
る。しかし、雑音の場合には、不規則な信号であ
るため、計算結果ではサンプリング時のレベルよ
り低下することとなる。このため、反射信号の
Ｓ／Ｎが改善されて特徴が抽出され、舌の上縁や
口蓋骨が特定し易くなる。

例えば、第５図の曲線５１，５２が「あ」を発
音している際の或る瞬間Ｔ１，Ｔ２における舌の
長さ方向Ａ（第２図）のプロフイールであるとす
る。ここで、時刻Ｔ１における走査方向（Ｔ１の
矢印）の舌の位置と、時刻Ｔ２における走査方向
（Ｔ２の矢印）の舌の位置とは全く別のプロフイ
ールに属するものであり、これらの位置を結んで
も何ら有意のプロフイールは得られない。このた
めに、加算平均の手法を用い現在と過去のデータ
に関連を持たせるのである。

データメモリ４３は、加算平均データをプロー
ブ１０を駆動する走査回路１２によつて指定され
る走査方向毎に蓄積し得るメモリであり、各方向
毎に所定ビツト（例えば128ビツト）のメモリエ
リアを有する。この発明によれば、例えば８つの
走査方向を指定するだけでよいため、メモリエリ
アも８つとなる。

最大距離演算回路４４は、各走査方向における
舌の位置を特定するための回路である。例えば、
第５図のプロフイール曲線５１での走査方向Ｔ１
においても各種の反射波が存在するため、受信波
形は第６図の各波形６１，６２，６３のようにな
る。このため、前述の理由により、最大のレベル
を有する信号を舌の位置に対応する信号（第６図
の信号６２）として抽出する。また、この時に、
舌がある距離の範囲をあらかじめ予想できること
から、最大のレベルを求めるに際し、予想できる
範囲内に限定するのが効果的である。このため、
同一走査方向内での各データを順次比較し、最大
のものを抽出演算するのがこの最大距離演算回路
４４である。

バツフアメモリ４５は、最大距離演算回路４４
の出力信号すなわち各走査方向についての舌の位
置に対応する信号を一回の計測の全走査について
蓄積するものである。

補間処理回路４６は、バツフアメモリ４５が一
回の計測で蓄積した全ての位置データを基に、こ
のデータで示される各点を通過する一本の曲線に
対応する画像信号を形成する。この画像信号QD
は画像信号合成回路４７で相対データ形成系統Ｒ
からの信号RDと合成されビデオ信号処理回路１
６でアナログ変換されまた輝度変調するなどして
CRTなどの表示回路１７に表示される。

舌のプロフイールを表示する様子を第７図に示
す。Ｓ１からＳ８の８回のサンプリング走査によ
つて「×」印で示す各点に対応するデータが得ら
れ、この各点を通過する一本の曲線７０が、或る
発音に対応する舌のプロフイールとして表示され
る。

しかし、このような表示は口蓋との関係で正確
に表示しなければならない。このため、相対デー
タ形成系統Ｒを用いる。

この相対データ形成系統Ｒは、画像読取り手段
２０、周辺画像データメモリ２１、及び周辺画像
データ演算回路２２を備えている。

画像読取り手段２０は、例えばビデオカメラで
あり、人体の外観を観測することができるもので
あれば何でもよい。光学的な手段としてもCCD
アレイなど各種のものが考えられ、また熱的なも
のなど他の方法によるものであつてもよい。

周辺画像データメモリ２１は、画像読取り手段
２０の読取つたデータを全て蓄積する。

周辺画像データ演算回路２２は、第８図の頭部
概略図に示すように、発音に際して変化する顎８
０の位置を頭頂部８１と顎８０との間の距離Ｌ１
として検出し、またこの距離Ｌ１から口蓋８２の
位置を頭頂部８１からの距離Ｌ２として演算出力
するようにする。このような演算によつて得られ
る口蓋のデータを舌のプロフイールを現すデータ
と組合わせることにより、特定の発音における舌
の相対的な位置関係が正確に把握できる。例えば
前述の「か（Ka）」の発音において、「ｋ」を発
音するときの舌８３と口蓋８２との相対距離と、
「ａ」を発音するときの相対距離がデータとして
演算出力でき、これを表示することができる。

以上のような走査、サンプリング、表示などの
タイミングは、制御回路１８の指令信号ａ〜ｉに
よつてとられる。

次に、この実施例の動作を第９図のフローチヤ
ートを参照しつつ説明する。なお、以下の説明に
おいて、９１〜１０２の番号はフローチヤートの
各ステツプの番号に対応する。

装置が起動すると９１、制御回路１８は指令信
号ｂによつてプローブ１０が初期位置で超音波が
発信可能であるようにセツトする。引続いて制御
回路１８は指令信号ａを送出して送信回路１１が
プローブ１０を付勢して超音波を発信させる９
２。

送信回路１１が指令信号ａで起動すると同時に
指令信号ｃ，ｄ，ｅ，ｇ，ｈ，ｉも送出され、
AD変換器１４が受信信号のサンプリングを開始
９３すると共に相対データ形成手段２０は被検者
の発音の様子を記録する。

このサンプリング９３によりデイジタル信号が
形成されると、画像信号形成回路１６は、加算平
均処理９４及び最大距離演算処理９５を実行し、
その結果をバツフアメモリ４５（第４図）に蓄積
する９６。

このバツフアメモリ４５への蓄積のタイミング
で制御回路１８は予め定めた８つの方向について
走査が終了したかをチエツクする９７。走査回数
が８回になつていないときは、制御回路１８は指
令信号ａ，ｂを送出して走査方向を変更し９８、
以上で説明した発信−メモリ蓄積サイクルを再度
実行する。

こうして、全ての走査が終了すると、バツフア
メモリ４５の蓄積内容が読出され９９、このデー
タによつて前述の補間処理が実行され１００、画
像信号QDが形成される。

一方、この間に、相対データ形成系統Ｒは前述
のデータを読取り保存している。従つて、周辺画
像データ演算回路２２は、その出力信号RDに対
して前記出力信号QDを如何に組合わせるべきか
を判定する。例えば、前述の「か（Ka）」の発音
では「ｋ」の状態と「ａ」の状態の２つを表示す
べきとして、第１０図に示すように、１つの舌の
プロフイール８３に対して２つの状態ａ，ｂを順
次表示すべく信号RDを送出する。このような表
示数は、何の発音をさせるかによつて予め制御回
路１８から入力することができる。

このような合成表示を実行して１０１、取り込
み過程を終了し１０２、そしてこれらを順次繰返
えすことになる。

なお、以上の実施例においては、舌の長さ方向
のプロフイールを得る場合について説明したが、
舌の幅方向のプロフイールを得ることも同様にし
て可能である。また、プローブを長さ方向及び幅
方向の二種類備えてもよい。更に、走査回数も８
回に限定されるものでないのはもちろんのことで
ある。

（発明の効果） この発明は、以上のように超音波プローブを走
査して得られる反射信号の現在のデータを各走査
毎に過去のデータと加算平均し、この平均値の各
走査毎の最大値を補間するデータによつて舌のプ
ロフイールを描出すると共に、舌縁部の周辺組織
と舌との相対位置関係を演算出力して、前記舌の
プロフイールのデータと合成して表示するように
したことにより、次のような効果を奏する超音波
による言語機能診断装置を得ることができる。

(1) 舌のプロフイールのみを表示し、また舌の周
辺組織との相対位置関係を正確に表示できるた
め、言語機能の障害を明確に把握でき、また矯
正を確実に行うことができる。

(2) 以上の結果、言語障害者の舌のプロフイール
の異常を診断し、また矯正に役立たせることが
できる。

(3) 長時間の使用をしてもＸ線のように人体に対
する影響が無く安全性が高い。

(4) 走査方向が少くてすむためメモリを小型化で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の系統図、第２図は
プローブの設定の様子を示す説明図、第３図はプ
ローブによる走査の様子を示す説明図、第４図は
この発明の実施例の要部系統図、第５図は舌のプ
ロフイールをサンプリングする場合の舌の時間的
変化とサンプリングとの関係の説明図、第６図は
発信パルスと受信反射パルスとの関係図、第７図
は補間処理によつて得られる画像信号によつて描
出される画像の説明図、第８図はこの発明の実施
例の動作説明図、第９図はこの発明の実施例の動
作を説明するためのフローチヤート、第１０図は
この発明の実施例の他の動作説明図である。 １０…超音波プローブ、１１…送信回路、１２
…走査回路、１３…前置信号処理回路、１４…
AD変換器、１５…画像信号形成回路、１６…ビ
デオ信号処理回路、１７…表示回路、１８…制御
回路、２０…画像読取り手段、２１…周辺画像デ
ータメモリ、２２…周辺画像データ演算回路、４
１，４５…バツフアメモリ、４２…加算平均処理
回路、４３…データメモリ、４４…最大距離演算
回路、４６…補間処理回路、Ｒ…相対データ形成
回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 口腔に関し超音波の送受が可能なプローブ
   と、このプローブを付勢し超音波を発信させるた
   めの送信手段と、前記プローブの発信した超音波
   の前記口腔内の舌縁部での反射波を前記プローブ
   で受信して得られる反射信号に基づいて画像信号
   を形成するための受信手段とを備え、前記口腔内
   を前記プローブで走査して得られる前記舌縁部の
   連続像によつて言語機能を診断する言語機能診断
   装置において、 前記受信手段は、前記プローブを走査して得ら
   れる前記反射信号の現在のデータを各走査毎に過
   去のデータに加算平均し、この平均値の各走査毎
   の最大値を補間するデータを前記画像信号として
   出力する手段を備え、また更に人体の外観を読取
   り前記舌縁部の周辺組織の相対的位置関係を演算
   出力する相対データ形成手段を備え、前記受信手
   段の出力に前記相対データ形成手段の出力を合成
   して表示するようにしたことを特徴とする超音波
   による言語機能診断装置。