生体音のモデル構築と分離ベクトルの最適化による生体音抽出システム

基于体声模型构建和分离向量优化的体声提取系统

基本信息

批准号：
22K18778
负责人：
伊藤寿浩
金额：
$ 4.08万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18778/
关键词：
生体音体導音非接触計測非侵襲計測マイクロフォンアレイ

项目摘要

生体音の1つである心音のモデル構築および心音抽出システムの開発を行うとともに，計測用デバイスの開発を行った．心音のモデル構築については，心音の主要成分であるⅡ音のモデル化を行った．具体的には，既存の弁音モデルを拡張（心臓の解剖学的・生理学的要因に起因する制約条件を課して重畳）させることで，大動脈弁音と肺動脈弁音という2つの弁音から構成されるⅡ音を，4個のパラメータ（各弁音の主要周波数および発生タイミング）をもつ時間信号モデルで表現することに成功した．心音抽出システムの開発については，Ⅱ音のパラメータと分離ベクトルを同時に最適化することで，計測音からⅡ音を抽出するシステムを開発した．具体的には，マイクロフォンアレイによるmチャネルの計測音に対し，4個のⅡ音パラメータと要素数mの分離ベクトルを，出力音とモデル音の誤差を損失関数として同時に最適化（計測音に含まれる音のうち最もⅡ音モデルに近い音を探索）する，という信号処理フローを確立した．計測デバイスの開発については，16チャネルの同時計測が可能なマイクロフォンアレイデバイスを作製した．さらに，モニタリング対象を人間だけでなく伴侶動物にまで広げるため，首輪型の体導音計測デバイスも作製した．首輪での体導音計測に際し，被毛による体導音の流出および環境音（ノイズ）の流入という課題が明らかとなった．これに対し，被毛越しでも体導音を計測可能なマイクロフォン（体導音マイク）を開発した．試作した体導音マイクは大きく2つの構造（中間体と密閉空気室）から成り，中間体では，動物の体表に対して音響インピーダンスを整合させることで体導音を体表から中間体へ効率良く伝播（4 dB増幅）させるとともに，ノイズである空気伝播音を26 dB減衰でき，密閉空気室では，聴診器に似た空間的構造により，中間体まで伝播した体導音をさらに19 dB増幅できた．

我们建立了心音（体音之一）模型，开发了心音提取系统，并开发了测量装置。关于心音模型的构建，我们对II音进行了建模，它是心音的主要组成部分。具体来说，通过扩展现有的瓣膜声音模型（由于心脏解剖和生理因素施加约束并将其叠加），我们将能够创建基于两种瓣膜声音的模型：主动脉瓣声音和肺动脉瓣声音。使用具有四个参数（每个阀门声音的主频率和时序）的时间信号模型来表达合成的 II 声音。关于心音提取系统的开发，我们开发了一种通过同时优化声音 II 参数和分离向量从测量的声音中提取声音 II 的系统。具体地，对于麦克风阵列测量的m个通道的声音，使用输出声音与模型声音之间的误差作为损失函数（包含在测量的声音中）同时优化四个II声音参数和m个元素的分离向量。我们建立了一个信号处理流程，在出现的声音中搜索最接近II声音模型的声音。关于测量设备的开发，我们创建了可以同时测量16个通道的麦克风阵列设备。此外，为了将监测范围扩大到不仅包括人类，还包括伴侣动物，我们还创建了项圈式体导声音测量装置。当使用项圈测量身体传导声音时，由于毛发导致的身体传导声音的流出和环境声音（噪音）的流入的问题变得清晰。为此，我们开发了一种麦克风（身体传导声音麦克风），即使透过动物的皮毛也可以测量身体传导的声音。原型体传声麦克风由两个主要结构（中间体和封闭气室）组成，除了有效传播（4 dB 放大）之外，空气传播的声音（即噪声）还可衰减 26 dB，并且在在一个封闭的气室中，类似于听诊器的空间结构将传播到中间身体的身体传导声音额外放大了 19 分贝。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

体導音マイクを用いた犬の掻破行動の強度推定

使用身体传导声音麦克风估计狗抓挠行为的强度

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
電気学会論文誌E
影响因子：
0
作者：
Ken Sasaki;and Takayuki Hoshino;村松駿，平瑛美，桃井康行，山本道貴，高松誠一，伊藤寿浩
通讯作者：
村松駿，平瑛美，桃井康行，山本道貴，高松誠一，伊藤寿浩

犬の掻破音計測用首輪型デバイスのための体導音マイクの開発

开发用于测量狗抓挠声音的项圈式装置的体传导声音麦克风

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Shun Muramatsu;Emi Hira;Yasuyuki Momoi;Michitaka Yamamoto;Seiichi Takamatsu;and Toshihiro Itoh;村松駿，平瑛美，桃井康行，山本道貴，高松誠一，伊藤寿浩
通讯作者：
村松駿，平瑛美，桃井康行，山本道貴，高松誠一，伊藤寿浩

Cone-Shaped Air Chamber for the Wearable Scratching-Sound Sensing Device

用于可穿戴刮擦声传感装置的锥形气室

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Shun Muramatsu;Yuki Kohata;Emi Hira;Yasuyuki Momoi;Michitaka Yamamoto;Seiichi Takamatsu;and Toshihiro Itoh
通讯作者：
and Toshihiro Itoh

Wearable Scratching-Sound Sensing Device for Animal Healthcare