JP2006129885A - 咀嚼運動検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
咀嚼行動の強さや回数を装着性、負荷の軽減などから容易に計測することを実現する咀嚼運動検出装置を提供する。
【解決手段】
咀嚼、噛み締めにより頭皮表面の隆起を起こす側頭筋の形態変化を、頭部に固定した部分からの伸びる棒状物体の変形あるいは固定部と頭皮間に挟まれた袋状の物体内の圧力変化として捉えるセンサーとこの行動の強さあるいは回数を表示する装置を有する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、咀嚼運動時の側頭筋の動きによる頭皮面の隆起運動を弾力性あるチューブ内の気圧変動あるいは頭皮面と接している物体の変形量として計測することを特徴とする咀嚼運動検出装置に関するものである。

咀嚼運動は、胃や腸における消化活動を助けるもので、この運動がなければ、食物はあまり咀嚼を受けない状態で胃や腸に下るために同部への負担が大きくなり、消化器系のために良くないといわれている。また、咀嚼行動は脳への影響も大きくやわらかな食物の習慣的摂取は脳の働きを不活性化する一因とも言われている。このため従来から咀嚼行動のモニタリングや習慣付けを目的として各種の行動検出手法の提案がある。

まず、咀嚼行動が主に上下の歯列に橋を掛けるように存在する咬筋により司られていることに注目して咬筋の動態から行動を検出する手法が提案されている。たとえば、咬筋の発生する筋電位は咬筋に力が入り収縮した場合に大きな電気パルスを発生することからこの計測により咀嚼行動の発生を知ることができる。

また、同筋肉の収縮は同筋肉の硬化を同時に起こすから特許文献１に見られるように皮膚表面からこの硬度を検出しようとする手法も提案されている。しかしこれらの手法は通常の生活において容易な装着手法ではなくまた、外観的にもはなはだ正常ではない状態となる。咀嚼は上下の顎の開閉行動にも関与するために、この影響を受ける外耳道の内部変形を捕らえて咀嚼信号とする特許文献２の方式もある。しかし、咀嚼による力の掛かり方と外耳道内部の変形は必ずしも一致した傾向ではない。

咀嚼時には咬筋の他に側頭筋と呼ばれる側頭部に広がる扁平形状の筋肉の参加も知られている。この筋肉は咬み締め時にその一部が隆起することからこれを検出する手法も提案されている。即ち、特許文献３に見られるように隆起する部分の皮膚表面に圧力センサーを設置してこれを計測する方法や、バンドで固定した赤外線センサーにより隆起を皮膚の変位として捕らえる手法などである。しかしこれらにおいては人による隆起位置の微妙な違いがセンサー位置の調整を必要とし、計測に当たってわずらわしい調整の必要がある。
以上従来提案されている各種の咀嚼行動検出装置では、外見の異常性、測定に当たっての調整の必要性などのために個人が自分の咀嚼習慣の矯正目的あるいは幼児の十分な咀嚼習慣付けなどに容易に装着、計測を行う手法ではないことがわかる。

特開２００２−１７２１０３号公報 特開平１１−３１８８６２号公報 特開平１１−２０６７４０号公報

従来の技術に関する課題は、咀嚼という行動が抵抗感なく、自然に計測されることが大切である。そのためには咀嚼行動の兆候が出ている頭部の箇所について、測定のための機材が目立ったり、重かったり、煩わしかったり、装着、調整に時間がかかったり、個人で操作が出来なかったりするようなものではいけないと思われる。

機能としては咀嚼の強度が計測でき、回数が計測でき、回数に関する情報が聴覚や視覚を通じて使用者に伝達されることも重要である。

一方咀嚼という行動は咬筋と側頭筋付近で顕著に起こっており、例えが咬筋では従来技術にあるように同筋肉付近に独特のセンサーを装着することになり、煩わしいばかりでなく、見栄えも良くないことや、動きが激しい場所であるために検出用センサーの装着も容易ではなく安易な使用には耐えない箇所であることが分かる。

もう一方の部位である側頭筋では、バンド状の部品あるいは眼鏡状の物体による計測が可能でこれらは日常生活でも使用される物体であり不自然感は少ない。側頭筋はこめかみに代表されるように咀嚼行動の代表的運動において硬化、隆起を示しこの頭皮上の変動を捉えれば咀嚼検出が可能となるのである。然るに側頭筋の隆起変動部は個人によって場所的にも特徴があり、ある程度広い領域を測定部位とすることが安定な隆起変動計測につながる。たとえばこのためには、一点の隆起を計測するのではなく、ある長さを持った計測範囲をカバーできるようなセンサーが適している。

安易な咀嚼行動計測のためには、肌に直接電極を付けることも行ないたくない。しかし咀嚼運動を電気信号に変換することで得られる解析、表示、記憶など計測器としての機能は重要である。また咀嚼行動の強さ、回数などの基本運動成分の表示も重要である。

上記の課題を解決するためになされた、請求項１に記載された発明は、側頭筋のある頭皮部と、バンド状物体とにより密閉したシリコンン樹脂チューブを挟む形態とし、側頭筋の咀嚼による変形をある長さを持ったチューブの圧迫による圧力変化として捉え、同チューブに接続されている圧力センサーで電気信号変化として計測する装置と該信号を解析して、咀嚼に関する諸情報を得て、表示することを特徴とする咀嚼運動計測装置であり、咀嚼行動の反映である側頭筋の隆起部の個人差をチューブの長さでカバーするものである。

同じく請求項２に記載された発明は、請求項１に記載の咀嚼運動検出装置であって、チューブ内の圧力変化を細いチューブで離れたところまで導き圧力センサーで電気信号に変換することを特徴とする咀嚼運動検出装置であり、圧力センサーは頭部から離れた場所に設置でき、頭部に電線を導かない安全なシステムが実現できる。

請求項３に記載のされた発明は、請求項１の発明において、圧力計測を該チューブ内で行なうことを特徴とする咀嚼運動検出装置であり、圧力センサーはチューブ付近で生体の皮膚と接触する必要がない。

請求項４に記載の発明は、側頭筋の咀嚼による隆起を計測する手段において、棒状物体を用い、同物体の一部を頭部に固定し、他の一部を側頭筋上頭皮面上に置き、両部分間の棒状物体の咀嚼運動による変形をこの間に設置した変形検出センサーにより検出することを特徴とする咀嚼運動検出装置であり、該棒状物体は絶縁物でよいため変形センサーは皮膚と直接触れることがない。

請求項５による発明は、請求項４におけるセンサーがストレインゲージであることを特徴とする咀嚼運動検出装置である。請求項６の発明は、請求項４における棒状物体の一部を頭部に固定する手法において、眼鏡機構が顔の前面の各部分を用いて固定している状態を利用して、棒状物体の一部分の固定手段として用いるものであり眼鏡状物体を使用することを特長とする咀嚼運動検出装置であり、見慣れたあるいは扱いなれた器具である眼鏡の側面の弦を該棒状物体として利用することが出来る。

請求項７に記載の発明は、請求項４に記載の棒状物体は、ローマ字のC(シー)の形状を成しており、この物体の弾力性により、頭部を挟むことにより、棒状物体の一部を頭部に固定することを特徴とする咀嚼運動検出装置であり、C型形状の一端を頭部の一部に置き、他の一端を側頭筋部の隆起変動部に設置することで隆起変動がC型形状の変形を引き起こし計測が行なわれる。この方式はヘッドホンの保持機構類似の頭部を半周するような棒状物体を使用する特徴を示している。

上記咀嚼運動検出装置においては、請求項１から請求項３までの装置においては、咀嚼のための噛み締め動作により、側頭筋の部分の頭皮面が隆起し、この現象がバンド状物体と頭皮面間に挟まれた弾性チューブを圧迫するためにチューブ内圧力の上昇を引き起こし、圧力センサーにより電気信号に変換され、必要な情報が検出される。
また請求項４から請求項７まで記述の機能は、頭部に発生する咀嚼行動による隆起を部上物体の変形として検出し、さらにこの変形を電気信号に変換して必要な情報を得るものである。

本発明により、容易に噛み締め回数及び噛み締めに強さについての信号が得られるために、これを用いて咀嚼運動の表示、警告、評価などを行なうことで食物咀嚼習慣の改善、制御、監視が可能である。

本発明の実施のためには、個人によって異なる側頭筋の隆起部をある程度の長さと幅を有している受感部で覆う必要がある。これにより、大きな位置調整もなく噛み締め動作の検出が可能となる。このことは本発明がポイント的なセンサーを用いていない特徴でもある。

図１は頭部側面１と側頭筋位置２を示している。この範囲で側頭筋は咀嚼、噛み締め行動で不均一に隆起する。図２は側頭筋にある頭部を頭頂方向から見たもので本発明の請求項1から３までの部分の原理にかかわる説明図である。側頭筋のある部分の頭皮３は噛み締めにより4まで隆起する。このときこの部分から離れた空間に頭部を囲むベルト状物体５があり頭皮からある距離で固定されている、このベルトと頭皮面間には密閉したチューブ状物体６が挟まれている。噛み締めによる頭皮の隆起によりチューブは圧迫を受け変形して形状7のようになり内部の気圧は上昇する。気圧変動は、遠隔まで細管で導かれた後あるいはチューブ６の内部で気圧センサーにより電気信号に変換される。この装置において、チューブ6はある程度の長さを有していて、側頭筋の不均一な隆起検出を完全に行なう。

図３は本発明の請求項4から7に関する側頭筋隆起検出の例を頭頂部方向からモデル的に示した。通常の位置にある側頭筋８は噛み締め行動により９の位置に隆起し、噛み締めを停止すると元に戻る。ここに位置１０で固定した弾力のある棒状物体１１についてその一部にその変形を検出できるセンサー１２を敷設し、側頭筋の接触させておく。咬み締めによる側頭筋の隆起により棒状物体は固定部をそのままにそれ以外の部分で変形して状態１３になり、このため変形センサー１２はこれを検出できる。この場合、側頭筋の位置は多少異なっても噛み締め動作検出は可能であることが図から明らかである。

図４に、頭部１４と側頭筋１５の周囲に、内側に閉路とした内径５ｍｍ外形６ｍｍ長さ１００ｍｍのシリコン樹脂チューブ１６を内蔵したバンド１７を頭部側面に取り付けた状態を示す。同チューブの内圧はさらに外形３ｍｍの細径のシリコン樹脂チューブ１８により圧力計測部本体１９に導かれ、半導体圧力センサーにより電気信号に変換され100倍の増幅を行なった。噛み締めによる側頭筋の隆起はチューブ内圧力を上昇させ、さらに圧力が伝達された圧力センサーにおいて、電子信号は増加を示した。通常の強さの噛み締め動作に老いて約１Vの信号を得た。この信号には一定値との比較を行なう回路を経由して噛み締めの有無を音、発光で表示する機能を付けている。

図５に上方から見たヒト頭部及び頭皮下に存在する側頭筋２１及び２２をモデル的に示した。側頭筋は噛み締めにより外側に最大で数ミリメートル不均一に隆起する。隆起は噛み締め動作の停止で元に戻る。この頭部に通常に形状に近いプラスチック製眼鏡枠２３を装着する。眼鏡は顔前部の鼻や頭部側面の側頭筋部を含む広い範囲の弦接触部の摩擦で支えられる。同眼鏡の側面の弦２４及び２５には小型ストレインゲージ（2mm×２ｍｍ：無負荷時120Ω）２６及び２７が貼り付けてある。噛み締め動作により側頭筋２１，２２の隆起が起こり眼鏡のレンズを含む前方部分枠２３が固定したまま、弦２４，２５に微小な変形が発生する。これは同部に貼付したストレインゲージ２６，２７の圧縮を促し、このため同部の電気抵抗値は減少する。この減少傾向は噛み締めが強いほど大きい。ストレインゲージは導線２８，２９により信号処理ブロック３０に運ばれブリッジ回路、増幅器を経由してから、同部で噛み締めの強さ、噛み締め回数、噛み締めの時間経過、咬み締めの有無などの情報が解析、表示できる。

本発明の原理となる側頭筋の頭部側面における所在位置 本発明の側頭筋隆起を気圧変動異変換する原理図 本発明の側頭筋隆起を物体変形から電気信号に変換する原理図 本発明の頭部ベルトとチューブによる装置図 本発明の眼鏡枠を利用した装置図

符号の説明

１頭部側面
２側頭筋
３側頭筋（平常時）
４側頭筋（咬み締め時）
５固定ベルト
６チューブ（平常時）
７チューブ（噛み締め時）
８側頭筋（平常時）
９側頭筋（噛み締め時）
１０棒状固定部
１１棒状物体
１２変形センサー
１３棒状（変形中）
１４頭部（平面図）
１５側頭筋（平面図）
１６チューブ
１７固定ベルト
１８導線
１９圧力計測部
２０頭部（平面図）
２１、２２ 側頭筋
２３眼鏡枠
２４、２５眼鏡弦
２６，２７ストレインゲージ
２８，２９導線
３０ 信号処理装置

Claims (7)

1. 頭部側頭筋上頭皮とバンド状物体の間に設置した弾性材密封チューブとチューブ気圧を計測する気圧センサーと該センサーにより得られる経時的信号から咀嚼に関する諸情報を解析、表示する装置を有することを特徴とする咀嚼運動検出装置
2. 弾性密封チューブから細管を導いて該チューブ内気圧を気圧センサーに導いて気圧計測する請求項１の咀嚼運動検出装置
3. 弾性密封チューブ内に圧力センサーを設置し該チューブ内気圧を計測することを特徴とする請求項１の咀嚼運動検出装置
4. 弾力ある棒状物体の一部を頭部に固定して、該物体の他の一部を側頭筋上頭皮に置き、該物体の両部分間の該物体に発生する変形を検出するセンサーと該センサーから得られる経時的信号から咀嚼に関する諸情報を解析、表示する装置を有することを特徴とする咀嚼運動検出装置
5. 棒状物体の変形を検出するセンサーをストレインゲージとすることを特徴とする請求項４の咀嚼運動検出装置
6. 該棒状物体の頭部への固定を眼鏡状物体で行うことを特徴とする請求項４の咀嚼行動検出装置
7. 弾力ある棒状物体をC型形状として側頭筋上頭皮部と他の部分間で頭部を挟むことにより該物体の一部を固定することを特徴とする請求項４の咀嚼運動検出装置
   

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