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【発明の名称】 摂食機能測定装置
【発明者】 【氏名】那須 郁夫

【要約】 【課題】被験者の負担を最小限に抑えながら、被験者の咀嚼から嚥下に至る一連の運動を観察し、摂食(咀嚼・嚥下)機能を測定する。

【構成】摂食機能測定装置10は、被験者1の咬筋部またはオトガイ部の少なくとも一方に取り付けて咀嚼運動を測定するための加速度センサ20(例えば20a,20b、または20c)と、被験者1の喉頭部に取り付けて嚥下運動を測定するための加速度センサ20(例えば20d)と、被験者1の咀嚼から嚥下に至る一連の運動により変化する前記各加速度センサ20の出力に基づいて、被験者1の摂食(咀嚼・嚥下)機能を測定する測定部35とを備える。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被験者の咬筋部またはオトガイ部の少なくとも一方に取り付けて咀嚼運動を測定するための加速度センサと、
被験者の喉頭部に取り付けて嚥下運動を測定するための加速度センサと、
被験者の咀嚼から嚥下に至る一連の運動により変化する前記各加速度センサの出力に基づいて、被験者の摂食(咀嚼・嚥下)機能を測定する測定部と、
を備えたことを特徴とする摂食機能測定装置。
【請求項2】
被験者の下顎に取り付けて咀嚼運動を測定するための加速度センサと、
被験者の喉頭部に取り付けて嚥下運動を測定するための加速度センサと、
被験者の咀嚼から嚥下に至る一連の運動により変化する前記各加速度センサの出力に基づいて、被験者の摂食(咀嚼・嚥下)機能を測定する測定部と、
を備えたことを特徴とする摂食機能測定装置。
【請求項3】
前記測定部は、前記咀嚼運動を測定するための加速度センサの出力と、前記嚥下運動を測定するための加速度センサの出力とを、同一時間軸上にグラフ表示することを特徴とする請求項1または請求項2記載の摂食機能測定装置。
【請求項4】
前記各加速度センサとして3軸加速度センサを用いることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の摂食機能測定装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
この発明は、被験者の咀嚼から嚥下に至る一連の運動を観察することで摂食(咀嚼・嚥下)機能を測定する摂食機能測定装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、歯科医療において被験者の咬合状態を観察・調整するための装置として、被験者の顔面にフェースボウを取り付けるものがある(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
また、被験者の顔面に固定マーカーを付着し、この固定マーカーと移動マーカーとの相対的な移動をカメラで撮影するものがある(例えば、特許文献2参照)。
【特許文献1】特開平7−308329号公報
【特許文献2】特開2004−81865号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記のような従来の装置は、つぎのような課題があった。
【0005】
すなわち、特許文献1に示す下顎運動測定装置の場合は、被験者の顔面にフェースボウを取り付ける必要があるため、被験者にとって大きな負担となる。
【0006】
また、特許文献2に示す顎運動測定装置の場合は、被験者の顔面に固定マーカーを付着するだけでなく、移動マーカーを被験者の下顎に固定する必要があるため、被験者にとっては固定マーカーと移動マーカーの両方を取り付けなければならず、これもまた被験者にとって大きな負担となる。
【0007】
この発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、被験者の負担を最小限に抑えながら、被験者の咀嚼から嚥下に至る一連の運動を観察し、摂食(咀嚼・嚥下)機能を測定することのできる摂食機能測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この発明の請求項1に係る摂食機能測定装置は、被験者の咬筋部またはオトガイ部の少なくとも一方に取り付けて咀嚼運動を測定するための加速度センサと、被験者の喉頭部に取り付けて嚥下運動を測定するための加速度センサと、被験者の咀嚼から嚥下に至る一連の運動により変化する前記各加速度センサの出力に基づいて、被験者の摂食(咀嚼・嚥下)機能を測定する測定部と、を備えたことを特徴とするものである。
【0009】
この発明の請求項2に係る摂食機能測定装置は、被験者の下顎に取り付けて咀嚼運動を測定するための加速度センサと、被験者の喉頭部に取り付けて嚥下運動を測定するための加速度センサと、被験者の咀嚼から嚥下に至る一連の運動により変化する前記各加速度センサの出力に基づいて、被験者の摂食(咀嚼・嚥下)機能を測定する測定部と、を備えたことを特徴とするものである。
【0010】
この発明の請求項3に係る摂食機能測定装置は、請求項1または請求項2記載の摂食機能測定装置において、前記測定部は、前記咀嚼運動を測定するための加速度センサの出力と、前記嚥下運動を測定するための加速度センサの出力とを、同一時間軸上にグラフ表示することを特徴とするものである。
【0011】
この発明の請求項4に係る摂食機能測定装置は、請求項1〜3のいずれか1項記載の摂食機能測定装置において、前記各加速度センサとして3軸加速度センサを用いることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0012】
この発明は以上のように、被験者の咬筋部またはオトガイ部の少なくとも一方に取り付けて咀嚼運動を測定するための加速度センサと、被験者の喉頭部に取り付けて嚥下運動を測定するための加速度センサと、被験者の咀嚼から嚥下に至る一連の運動により変化する前記各加速度センサの出力に基づいて、被験者の摂食(咀嚼・嚥下)機能を測定する測定部とを備えた構成としたので、被験者の負担は咬筋部またはオトガイ部の少なくとも一方と喉頭部に加速度センサを取り付けるだけの最小限に抑えることができ、しかも、被験者の咀嚼から嚥下に至る一連の運動を観察し、摂食(咀嚼・嚥下)機能を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【0014】
図1は、この発明による摂食機能測定装置の一実施形態を示すシステム構成図であり、この摂食(咀嚼・嚥下)機能測定装置10は、加速度センサ20と、装置本体30とを備えている。
【0015】
装置本体30には、バッテリ40が取り付けられ、また、外部メモリ50が着脱可能であり、さらに、適宜のパソコン(例えば、ノートパソコン)60およびプリンタ70が接続されるようになっている。そして、これら全体が摂食(咀嚼・嚥下)機能測定装置10を含むシステムとして構成されている。
【0016】
加速度センサ20には、1軸(1次元)加速度センサや、2軸(2次元)加速度センサを用いることが可能である。
【0017】
また、1個のセンサがX軸,Y軸,Z軸の3方向の加速度を検出する3軸(3次元)加速度センサも、加速度センサ20として用いることが可能であり、この場合は重力成分も同時に検出する。
【0018】
以下の説明では、便宜上、加速度センサ20として3軸加速度センサを用いて説明するが、1軸加速度センサや2軸加速度センサを用いても、実質的に同様の説明が当てはまることはいうまでもない。
【0019】
加速度センサすなわち3軸加速度センサ20が、被験者1の右と左の咬筋部、オトガイ部、喉頭部の合計4箇所に装着できるように、装置本体30には4個の3軸加速度センサ20(20a,20b,20c,20d)が備えられる。すなわち、4個の3軸加速度センサ20a,20b,20c,20dがそれらのケーブルの巻き取り器25を介して1本に纏められて装置本体30にコネクタ接続されるようになっている。
【0020】
図2に示すように、装置本体30は、3軸加速度センサ20からのX軸信号,Y軸信号,Z軸信号をそれぞれゲイン1の増幅度で受けるバッファアンプ31x,31y,31zを備えている。これらのバッファアンプ31x,31y,31zは、入力は高インピーダンス、出力は低インピーダンスになっていて、3軸加速度センサ20からのX軸信号,Y軸信号,Z軸信号と、後段のハイパスフィルタとの干渉を避けるためのものである。
【0021】
また、装置本体30は、バッファアンプ31x,31y,31zの後段に、ハイパスフィルタ32x,32y,32zを備えている。被験者1が咀嚼動作を行うとき、咀嚼運動以外の顔の傾き、ゆれ、等の変化が3軸加速度センサ20で検出される。このとき、傾きの角度により、X軸信号,Y軸信号,Z軸信号にそれぞれ直流成分の変化として現れる。
【0022】
このため、咀嚼運動によるX軸信号,Y軸信号,Z軸信号のみデータとして収集し、顔の傾き、ゆれ、等はX軸信号,Y軸信号,Z軸信号に入らないように、ハイパスフィルタ32x,32y,32zによって直流成分をカットしている。このとき、時定数=約0.41secが最適な値であることを確認した。
【0023】
緩やかな動きもX軸信号,Y軸信号,Z軸信号として捉えたい場合は、時定数を大きくし、早い動きのみをX軸信号,Y軸信号,Z軸信号として捉えたい場合は、時定数を小さくする。
【0024】
測定の種類により直流成分(重力成分)が必要な場合は、ハイパスフィルタ32x,32y,32zのコンデンサを短絡することで、ハイパスフィルタ32x,32y,32zを無効にすることも可能に構成してある。
【0025】
また、装置本体30は、ハイパスフィルタ32x,32y,32zの後段に、増幅回路(バッファアンプ)33x,33y,33zを備えている。これらの増幅回路33x,33y,33zは、バッファアンプ31x,31y,31zと同様に、ハイパスフィルタ32x,32y,32zと後段のA/Dコンバータとの干渉を避けている。また、増幅回路33x,33y,33zは、A/Dコンバータに入力される信号レベルを、A/Dコンバータが要求するレベルまで増幅する。
【0026】
また、装置本体30は、増幅回路33x,33y,33zの後段に、A/Dコンバータ34x,34y,34zを備えている。3軸加速度センサ20の出力信号は、1G=0.333Vのアナログ信号であり、データとして収集するにはディジタル化する必要があるため、A/Dコンバータ34x,34y,34zを用いている。
【0027】
A/Dコンバータ34x,34y,34zとしては、例えば、1ビット=0.153mV(16ビットコンバータ)、サンプリングタイム=2msecの条件で充分なデータを収集可能である。
【0028】
このようなバッファアンプ31x,31y,31z、ハイパスフィルタ32x,32y,32z、増幅回路33x,33y,33z、およびA/Dコンバータ34x,34y,34zが、被験者1の摂食(咀嚼・嚥下)機能を測定する測定部35として構成される。
【0029】
そして、装置本体30は、4個の3軸加速度センサ20a,20b,20c,20dにそれぞれ対応して、合計4個の測定部35(35a,35b,35c,35d)を備えている。3軸加速度センサ20a用の測定部35a以外の他の測定部35b,35c,35dについては、それぞれ測定部35aと同様の構成であるため、詳細な図示を省略してある。
【0030】
また、装置本体30は、3軸加速度センサ20の出力信号をディジタル化したデータをパソコン60に収集するため、必要なバスインタフェース36を備えている。
【0031】
さらに、装置本体30は、装置の利用者(例えば、歯科医師)が、被験者1の様子を見ながら測定開始/停止を行うことができるように、外部測定開始/停止スイッチ37を備えている。外部測定開始/停止スイッチ37は、例えば、ON−OFF−ONタイプの中立トグルスイッチで構成することが可能である。
【0032】
図1において、バッテリ40はACアダプタ41を備え、AC電源からACアダプタ41を介して充電されて装置本体30にDC電力を供給するものである。
【0033】
外部メモリ50は、3軸加速度センサ20の出力信号をディジタル化したデータを記憶できるものであり、外部メモリ50に一旦記憶したデータをパソコン60に取り込んで処理することが可能になっている。
【0034】
パソコン60は、摂食機能測定装置10の主操作パネルとグラフ表示器の機能を兼ねていて、必要なすべての操作をパソコン60のキーボードにより行うことができるように、適宜のプログラムがインストールされた構成となっている。
【0035】
パソコン60が収集する元データは、4個の3軸加速度センサ20a,20b,20c,20dから得られる各3軸のデータで合計12データである。
【0036】
3軸加速度センサ20を装着した被験者1の部位により、意味のあるデータの軸(X軸,Y軸,Z軸)が異なるため、12データを収集する。
【0037】
また、被験者1ごとに収集したデータを迅速に識別可能な名前を付加できるように構成してある。
【0038】
また、パソコン60が収集した元データは、加速度波形である。加速度波形は、3軸加速度センサ20の動作一往復につき2回信号波形のピークが発生し、分かりづらい場合がある。このため、プログラムは、加速度波形を一度積分する。積分後は速度波形になるため、実際の動作状態を連想しやすくなる。
【0039】
そして、速度波形に基づいて、噛む動作に関しては、咀嚼回数、波形振幅、速さ(噛む動作一往復の時間)等が自動的に測定され、また、飲み込む動作に関しては、振幅、回数等が自動的に測定されるように構成してある。
【0040】
プリンタ70は、パソコン60によるデータの測定結果、分析結果等を用紙にプリント出力するものである。
【0041】
図3は、4個の3軸加速度センサ20a,20b,20c,20dの装着位置を示し、図3(a)は、被験者1の右と左の咬筋部に2個の3軸加速度センサ(例えば20a,20b)を装着し、かつ、喉頭部に1個の3軸加速度センサ(例えば20d)を装着した状態を示す。この装着状態では、被験者1の噛む動作に関して、咀嚼回数、速さ(噛む動作一往復の時間)等を測定し、かつ、飲み込む動作に関して、振幅、回数等を測定することが可能である。
【0042】
図3(b)は、被験者1のオトガイ部に1個の3軸加速度センサ(例えば20c)を装着し、かつ、喉頭部に1個の3軸加速度センサ(例えば20d)を装着した状態を示す。この装着状態では、被験者1の噛む動作に関して、回数、波形振幅、速さ(噛む動作一往復の時間)等を測定し、かつ、飲み込む動作に関して、振幅、回数等を測定することが可能である。
【0043】
図3(c)は、被験者1の右と左の咬筋部に2個の3軸加速度センサ(例えば20a,20b)を装着し、かつ、オトガイ部に1個の3軸加速度センサ(例えば20c)を装着し、さらに、喉頭部に1個の3軸加速度センサ(例えば20d)を装着した状態を示す。この装着状態では、被験者1の噛む動作に関して、咀嚼回数、波形振幅、速さ(噛む動作一往復の時間)等を測定し、かつ、飲み込む動作に関して、振幅、回数等を測定することが可能である。
【0044】
なお、図3(b),(c)において、被験者1のオトガイ部に代えて、オトガイ部以外の下顎の適宜部位に、1個の3軸加速度センサ(例えば20c)を装着することも可能である。
【0045】
図4は、摂食機能測定装置10の測定画面80を示す図であり、上から順に、オトガイ部データ表示部81、咬筋部(右)データ表示部82、咬筋部(左)データ表示部83、喉頭部データ表示部84が配置される。
【0046】
測定画面80では、オトガイ部、咬筋部(右)、咬筋部(左)、喉頭部、それぞれの摂食(咀嚼・嚥下)時の動作を時間軸で捉える。すなわち、オトガイ部、咬筋部(右)、咬筋部(左)、喉頭部、それぞれの動作を、それらに共通の同一時間軸上にグラフ表示する。
【0047】
垂直軸は加速度データで、実際にはX軸,Y軸,Z軸を同時に重ねて表示する。これは、被験者1の咀嚼から嚥下に至る一連の動作を全体的に捉えるにはきわめて適した方法であり、どの方向に動いても信号として捉えることができる。但し、図4では、オトガイ部、咬筋部(右)、咬筋部(左)、喉頭部それぞれについて、1軸(X軸,Y軸,Z軸のいずれか)のみ図示している。
【0048】
被験者1の摂食(咀嚼・嚥下)における実際の動作と波形を観察しながら開始、終了を監視しデータを収集する。
【0049】
図5は、摂食機能測定装置10の分析画面90を示す図であり、上から順に、分析データ(分析するデータ;例えばオトガイ部データ)表示部91、積分分析結果表示部92、元気力分析データ表示部93が配置される。
【0050】
分析画面90では、分析データ(例えばオトガイ部データ)を時間軸で分析する。
【0051】
積分分析結果は、分析する部位(オトガイ部、咬筋部(右)、咬筋部(左)、喉頭部のいずれか)の3軸加速度センサ20の1軸(X軸,Y軸,Z軸のいずれか)に着目して、得られた加速度データを積分する。積分することにより、運動の速度変化データが速度データに変換され、咀嚼の動作が見えてくる。これにより、咀嚼回数、咀嚼時の噛む早さ、顎の変化の大きさを定量的に把握することができる。
【0052】
これらの咀嚼動作は、3軸加速度センサ20を取り付けた部位により、X軸,Y軸,Z軸のどの軸に着目するかが違ってくる。いずれの軸に対しても、選択して分析することが可能になっている。
【0053】
どの軸に着目すべきか、図6の3軸解析の描画データを確認して、有効な軸を選択することも可能である。
【0054】
元気力分析データは、咀嚼時の噛む活発度を判定する。具体的には、3軸加速度センサ20の出力を絶対値化し、X軸,Y軸,Z軸の値を加算して判定する。
【0055】
図6は、摂食機能測定装置10の解析画面100を示す図であり、図6に示すグラフは、3軸加速度センサ20のX軸,Y軸,Z軸の各出力を擬似3次元座標上に描画したものである。
【0056】
この解析例は、図7(a),(b)に示すように、被験者1のオトガイ部に取り付けた3軸加速度センサ20の3次元解析の例であり、3軸加速度センサの有効性を最も良く示している。
【0057】
描画データは、測定して得られた加速度のまま用いても、積分した値を用いてもどちらも可能である。
【0058】
図6に示すグラフにおいて、咀嚼時の往復運動は、X軸,Y軸,Z軸の3次元に表現される。そして、このグラフは、図8に示すように、XY軸展開(図8(a))、YZ軸展開(図8(b))、およびZX軸展開(図8(c))が可能である。異常な咀嚼運動は、その異常な箇所によりXY平面上やYZ平面上、またはZX平面上に特徴的な軌跡を描く。これらの軌跡は、正常な咀嚼運動の軌跡波形と比較検討することにより、異常判定が容易に可能となる。
【0059】
以上のように、この摂食機能測定装置10は、被験者1の咬筋部またはオトガイ部の少なくとも一方に取り付けて咀嚼運動を測定するための加速度センサ20(例えば20a,20b、または20c)と、被験者1の喉頭部に取り付けて嚥下運動を測定するための加速度センサ20(例えば20d)と、被験者1の咀嚼から嚥下に至る一連の運動により変化する前記各加速度センサ20の出力に基づいて、被験者1の摂食(咀嚼・嚥下)機能を測定する測定部35とを備えた構成としたので、被験者1の負担は咬筋部またはオトガイ部の少なくとも一方と喉頭部に加速度センサ20を取り付けるだけの最小限に抑えることができ、しかも、被験者1の咀嚼から嚥下に至る一連の運動を観察し、摂食(咀嚼・嚥下)機能を測定することができる。
【0060】
また、この摂食機能測定装置10は、被験者1の下顎に取り付けて咀嚼運動を測定するための加速度センサ20(例えば20c)と、被験者1の喉頭部に取り付けて嚥下運動を測定するための加速度センサ20(例えば20d)と、被験者1の咀嚼から嚥下に至る一連の運動により変化する前記各加速度センサ20の出力に基づいて、被験者の摂食(咀嚼・嚥下)機能を測定する測定部35とを備えた構成としたので、被験者1の負担は下顎と喉頭部に加速度センサ20を取り付けるだけの最小限に抑えることができ、しかも、被験者1の咀嚼から嚥下に至る一連の運動を観察し、摂食(咀嚼・嚥下)機能を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0061】
【図1】この発明による摂食機能測定装置の一実施形態を示すシステム構成図である。
【図2】摂食機能測定装置の測定部ブロック図である。
【図3】摂食機能測定装置の加速度センサ装着位置を示す概略図である。
【図4】摂食機能測定装置の測定画面を示す図である。
【図5】摂食機能測定装置の分析画面を示す図である。
【図6】摂食機能測定装置の解析画面を示す図である。
【図7】加速度センサの軸と取付位置との関係を示す図である。
【図8】図6の解析画面の(a)XY軸展開、(b)YZ軸展開、および(c)ZX軸展開を示す図である。
【符号の説明】
【0062】
1 被験者
10 摂食(咀嚼・嚥下)機能測定装置
20(20a,20b,20c,20d) 加速度センサ(3軸加速度センサ)
25 ケーブル巻き取り器
30 装置本体
31x,31y,31z バッファアンプ
32x,32y,32z ハイパスフィルタ
33x,33y,33z 増幅回路(バッファアンプ)
34x,34y,34z A/Dコンバータ
35(35a,35b,35c,35d) 測定部
36 バスインタフェース
37 外部測定開始/停止スイッチ
40 バッテリ
50 外部メモリ
60 パソコン(例えば、ノートパソコン)
70 プリンタ
80 測定画面
81 オトガイ部データ表示部
82 咬筋部(右)データ表示部
83 咬筋部(左)データ表示部
84 喉頭部データ表示部
90 分析画面
91 分析データ表示部
92 積分分析結果表示部
93 元気力分析データ表示部
100 解析画面
【出願人】 【識別番号】000151427
【氏名又は名称】株式会社東京技研
【識別番号】899000057
【氏名又は名称】学校法人日本大学
【出願日】 平成18年7月12日(2006.7.12)
【代理人】 【識別番号】100083806
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和

【識別番号】100100712
【弁理士】
【氏名又は名称】岩▲崎▼ 幸邦

【識別番号】100100929
【弁理士】
【氏名又は名称】川又 澄雄

【識別番号】100095500
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 正和

【識別番号】100101247
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 俊一

【識別番号】100098327
【弁理士】
【氏名又は名称】高松 俊雄


【公開番号】 特開2008−18010(P2008−18010A)
【公開日】 平成20年1月31日(2008.1.31)
【出願番号】 特願2006−191892(P2006−191892)