JP2007089701A - 咀嚼計 - Google Patents

Abstract

【課題】一口毎の咀嚼回数を計数することができる咀嚼計を提供することにある。
【解決手段】咀嚼計１は、３軸の加速度センサ２と、加速度センサ２を被測定者の頬部に圧接させる装着となるアームレス型のヘッドフォンのフォン体８と、演算部３と、データ記憶部４と、表示部５とを備えており、演算部３は、加速度センサ２の加速度検知出力から３軸の合成加速度を求める加速度算出機能３ａ、合成加速度値が所定の閾値を超える回数から咀嚼回数を計数する計数機能３ｂ、前記合成加速度の変化に基づいて検出される被測定者の頭の角度から食物を口に入れる所作を推定する一口判断機能３ｄ、食物を口に入れた所作の回数から一口当たりの咀嚼回数を求める咀嚼回数演算機能３を有し、表示部４で求めた一口毎の咀嚼回数を表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、咀嚼状態を計測するための咀嚼計に関するものである。

物を良く咬んで食べること、つまり咀嚼回数を多くすることは一般的に健康な胃腸を保つだけでなく、生活習慣病の予防にも効果があると言われている。また咀嚼により脳の働きを活性化し、認知症の予防にも効果が言われている。

このように健康にとって重要な咀嚼の回数を計数するための装置が提供されている（例えば特許文献１）。この装置は、主に頬の咬筋の活動により咀嚼が行われ点に着目し、この咬筋が緊張し弛緩する動き、つまり筋肉の変化に対応する変位をオン／オフ信号として検出し、そのオン／オフ信号を計数することで咀嚼回数を検出するものである。またその他のものとしては人の頬に貼り付ける張力検出センサや筋電圧検出センサを用いたものや、人の外聴道に挿着する圧力センサを用いたものがある。
特開２００３−３３９６７５公報（段落番号０００３−０００４，００１７−００１９）

上述の特許文献１に開示されている装置では、咀嚼の回数を計数するのみで、咀嚼強度を計測することはできなかった。また、その咀嚼回数は、食事の量によっても変わってくるため、一口毎の咀嚼回数の回数を計数することは、咀嚼状態を評価する上で重要な要素であるが、特許文献１に開示されているものは、一口毎の咀嚼回数を測定することができなかった。

本発明は、上述の点に鑑みて為されたもので、一口毎の咀嚼回数を計数することができる咀嚼計を提供することにある。

上述の目的を達成するために、請求項１の発明では、３軸の加速度センサと、該加速度センサを被測定者の頬部に圧接させる装着手段と、演算部とを備え、演算部には、前記加速度センサの加速度検知出力から３軸の合成加速度を求める加速度算出機能、合成加速度値が所定の閾値を超える回数から咀嚼回数を計数する計数機能、前記合成加速度の変化に基づいて検出される被測定者の頭の動きから食物を口に入れる所作を推定して所作の回数を計数する機能と、所作の回数と計数された咀嚼回数から一口毎の咀嚼回数を求める咀嚼回数演算機能を有していることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、３軸の合成加速度値を用いることで、頬に圧接した加速度センサの加速度情報から求まる加速度値から咀嚼を検出するための閾値を、頭の動きの影響を受けることなく決定でき、しかも合成加速度値を用いることで頭の動きから食物を口に入れる所作を推定することができ、結果健康管理上重要な要素である一口毎の咀嚼回数を求めて被測定者に示すことが可能となる。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、上述の頭の動いている期間中において合成度加速度値が所定の閾値を超える回数を、咀嚼回数から減じることを特徴とする。

請求項２の発明によれば、頭の動きによるノイズ成分を除いて計数される咀嚼回数の精度を高めることができる。

請求項３の発明では、請求項１又は２の発明において、前記合成加速度値から咀嚼強度を求める機能を演算部に備えていることを特徴とする。

請求項３の発明によれば、歯の具合等の評価を行える咀嚼度も同じ加速度センサを用いて計測でき、被測定者に健康管理上更に有効となる情報を示すことが可能となる。

請求項４の発明では、請求項１乃至３の何れかの発明において、前記装着手段は、アーム付きヘッドフォン若しくはアームレス型ヘッドフォンの形態で形成されていることを特徴とする。

請求項４の発明によれば、アーム付きヘッドフォンやアームレス型のヘッドフォンと同様に被測定者に簡単に装着できる。

請求項５の発明では、請求項４の発明において、被測定者に装着手段で装着した状態で、前記加速度センサの位置を調整自在となるように加速度センサの取り付け部位を伸縮自在としていることを特徴とする。

請求項５の発明によれば、被測定者の頬の位置に合わせて加速度センサを適正位置に移動させることができ、被測定者の個人差を吸収できる。

本発明は、軸の合成加速度値を用いることで、頬に圧接した加速度センサの加速度情報から求まる加速度値から咀嚼を検出するための閾値を、頭の動きの影響を受けることなく決定でき、しかも合成加速度値を用いることで頭の動きから食物を口に入れる所作を推定することができ、結果健康管理上重要な要素である一口毎の咀嚼回数を求めて被測定者に示すことが可能となるという効果がある。

以下本発明を実施形態により説明する。
（実施形態１）
本実施形態の咀嚼計１は、図１（ａ）に示すように被測定者の顎部の動きをつかさどる咬筋の緊張都市間の動きを加速度情報として検出する３軸の加速度センサ２と、マイクロコンピュータからなる演算部３と、フラッシュメモリのような読み書き可能で不揮発性のメモリからなるデータ記憶部４と、液晶表示器からなる表示部５と、操作部６と、各部へ動作電源を供給する電池電源７とで構成され、図１（ｂ）に示すようにアームレス型ヘッドフォン（耳掛け式ヘッドフォン）の片側（図示例では左耳側）のフォン本体８に組み込み、加速度センサ２を顎部に装着する手段としてフォン本体８を利用している。

ここでフォン本体８は、通常のヘッドフォンとしての構成以外に演算部３，電池電源７，データ記憶部４を収納するとともに表示部５をフォン本体８の外側面に露出させ且つ操作部６の操作釦９１…を露出させ、また伸縮自在のロッド部１０の先部に加速度センサ２を取り付けており、フォン本体８に耳掛け１１で耳に掛けた状態でロッド部１０を矢印方向に適宜伸縮させることで被測定者の頬に加速度センサ２を圧接することができるようなっている。

而して本実施形態の咀嚼計１を使用する被測定者は、フォン本体８を耳に掛けた状態で、ロッド部１０を伸縮調整して加速度センサ２を頬に圧接する位置まで移動させる。

この状態でフォン本体８の側面に露出させている測定開始／停止用の操作釦９１を押し操作すると、操作部６を介して操作信号を受け取った演算部３は加速度センサ２からの加速度情報に基づいて咀嚼状態の計測を開始する。

加速度センサ２は、頬に圧接することで、顎部の動きをつかさどる、咬筋の緊張と弛緩の動きを加速度情報として検出する。図２は加速度センサ２が検出する各軸Ｘ，Ｙ，Ｚの加速度の検出波形例を示すもので、横軸が時間ｔ、縦軸が加速度を示す。

そして咀嚼の際の咬筋の緊張と弛緩の動きは頬表面に対して垂直方向の動きとして検出することが可能で、単に咀嚼回数だけを検出するだけの場合には例えばＺ軸のみに着目し、加速度値が或る閾値Ｌ１を超えた回数を計数することで行え、この場合に使用する閾値Ｌ１は、例えば或る一定期間（ｔ１−ｔ２）の平均値ｍや、標準偏差σ１におり平均値ｍから一定値以上を閾値としたり、標準偏差σ１以上を閾値とすれば良いことになる。しかし、１軸の加速度情報のみでは、咀嚼評価で重要な１回当たりの咀嚼回数を計数することはできない。また被測定者の頭の動きがあると、３軸の加速度センサ２の各軸Ｘ，Ｙ，Ｚの加速度値は図３に示すように大きく変動する。そのため上述の閾値の決定方法を適用することは困難である。

そこで本実施形態では、１回当たりの咀嚼回数と、頭の動きの影響を受けることなく閾値を決定するために、演算部３は加速度センサ２の各軸Ｘ，Ｙ，Ｚの合成加速度を算出し、合成加速度の基線を重力加速度１［Ｇ］付近にする加速度算出機能３ａを有する。図３は、咬筋の３軸の合成加速度（イ）と、加速度センサ２の加速度情報から頭の動きの角度の方余弦を求めて得た頭の角度（ロ）との一例を示しており、横軸が時間ｔを、左側の縦軸が加速度［Ｇ］を、右の縦軸が頭の角度［度］を夫々示し、ａ、ｂ，ｃ，ｄは頭の動きよる加速度変化が現出した時点を示す。

そして演算部３には、上述のよう重力（１［Ｇ］）付近とした合成加速度の基線の値を基準として咀嚼の検出のための閾値Ｌ２を決定し、この閾値Ｌ２を超える合成加速度値の回数、つまり咀嚼回数を計数するか計数機能３ｂを有し、咀嚼回数の計数動作を操作部６の操作釦９１が再度操作されて動作停止が指示されるまで行う。

更に演算部３には、閾値Ｌ２を超える各合成加速度毎にその大きさから咀嚼強度（咀嚼力）を求める咀嚼強度演算機能３ｃを備えている。ここで咀嚼力Ｆはｍ（質量）×加速度と求まるが、ｍは個人差があるため咀嚼強度演算機能３ｃは標準的な値を決めて咀嚼力を求め、最終的に食事期間中の咀嚼力の平均値を求める。

一方一口毎の咀嚼回数を求めるために、加速度センサ２の加速度情報から頭の角度の方向余弦ｃｏｓ^−１θ＝ｘ／√（ｘ^２＋ｙ^２＋ｘ^２）を演算し、頭がまっすぐ前方を向いているときの角度に対して所定角度（例えば４５度）以上の変化が１秒以上あって上述の咀嚼が検知されている場合に食物を口に入れた推定する一口判断機能３ｄを設けるととともに、一口判断機能３ｄが食物を口に入れたと推定した回数を咀嚼の測定開始から測定終了時まで計数し、咀嚼測定終了時に食物を口に入れた回数で咀嚼回数を除し、一口毎の平均的な咀嚼回数を求める咀嚼回数演算機能３ｅを有する。

尚食物を口に入れる頭の動き（角度変化）以外で、頭の動きがあったことを合成加速度の変化から検出された場合、その頭の動きがあった期間での計数値を計測終了時点の咀嚼回数を減算する処理を行うことで、頭の動きによるノイズを除去して正確な咀嚼回数を計測することもできる。

而して測定中において計数される咀嚼回数は演算部３の制御の下で表示部５にて更新表示され、測定終了時には上述の一口毎の咀嚼回数及び平均的な咀嚼強度（咀嚼力）とともに表示される。そして演算部３の制御の下で、食事中の咀嚼回数の総計と、一口毎の咀嚼回数と、平均的な咀嚼強度の各データをデータ記憶部４に保存する。測定終了時の表示は一定時間維持された後、演算部３の制御の下で自動的に消され、咀嚼計１は待機状態に入る。そして被測定者はこの表示により咀嚼回数と一口毎の咀嚼回数とを知ることで、咀嚼回数の不足、更に自身の咀嚼力などを認識することができ、次の食事における咀嚼回数を増やす努力の目安とすることができるのである。

尚データ記憶部４で保存されたデータの履歴は操作部６のアップ用操作ボタン９２，ダウン用操作ボタン９３の操作を行えば、演算部６の制御の下で表示部５にアップ／ダウン表示させることができる。

ところで、本実施形態の加速度センサ２はフォン本体８から下方に伸縮自在となったロッド部１０の先端に設けてあるが、図４（ａ）に示すようにフォン本体８を耳掛け１１の基部に一体に設けてあるロッド部１０により、その位置を測定者の耳の位置から頬の位置へ移動できるようにしても良く、この場合は加速度センサ２をフォン本体８に内装する。また図４（ｂ）のようにアーム型のヘッドフォンの片側のフォン本体８に加速度センサ２を内装するとともに、アーム１２に対して伸縮自在なロッド部１０’に取り付け、そのファン本体８と共に加速度センサ２の位置を耳位置から頬位置に移動自在としても良い。この図示例では、加速度センサ２以外を咀嚼計１の構成をフォン本体８とは別体の筐体１２に内蔵し、表示部５及び操作部６の操作釦９１…を筐体１１の表面に露出してある。勿論フォン本体８に組み込みようにしても良い。また加速度センサ２のみを図１（ｂ）の場合と同様に移動できるようにしても良い。尚図４中ＬＮは、通常ヘッドフォントして使い場合にオーディオ機器に接続するためのコードである。

また食物を口に入れる所作があると、加速度センサ２の加速度情報から求める合成加速度が咀嚼とは異なった大きさで急激に変化するので、その変化の大きさを捉えるか合成加速度値が所定の閾値を超えたことを捉えることで食物を口に入れたと推定する方法を、一口判断機能３ｄに採用しても良い。

更に加速度センサ２を体動の加速度を測定するセンサとして用い、その加速度情報と、運動強度指標との相関から身体活動量を測定する活動量計を兼用するようにしても良い。つまり演算部６のプログラムとして、咀嚼計１としての演算処理を行うプログラムと、活動量計としての演算処理を行うプログラムとを備えるとともに、活動量計として必要なデータをデータ記憶部４に予め格納し、操作部６からの操作で咀嚼計１として使用するか、活動量計として使用するかを切り替えることができるようにするのである。

ここで、一般的な活動量計は被測定者の腰部に取り付けて使用されるが、咀嚼計１と兼用する場合には頭部に取り付けられることになる。そこで、両位置で加速度情報から歩行速度を測定した場合、図５（ａ）に示すように装着位置（腰部Ａ、頭部Ｂ）の違いにより３軸加速度の標準偏差の値には差異が生じるが、標準偏差値から活動量を演算するパラメータを図５（ｂ）に示すように腰部Ａと同等の活動量の演算が得られるように設定することで、咀嚼計１を活動量計と兼用することを可能とした。

（ａ）は実施形態１の回路構成図、（ｂ）は実施形態１を組み込むヘッドフォンのフォン体の側面図である。 実施形態１の加速度センサの各軸の検出波形例図である。 実施形態１の加速度センサの合成加速度の変化と頭の動き角度変化との関係の説明図である。 （ａ）は実施形態１を組み込むヘッドフォンのフォン体の別例の側面図、（ｂ）は実施形態１を組み込むヘッドフォンの斜視図である。 （ａ）は実施形態１を活動量計と兼用した場合の取り付け位置の相違における歩行速度の測定例図、（ｂ）は実施形態１を活動量計と兼用した場合の取り付け位置の相違におけるパラメータ変更説明用の活動量の演算結果例図である。

符号の説明

１ 咀嚼計
２ 加速度センサ
３ 演算部
３ａ 加速度算出機能
３ｂ 計数機能
３ｃ 咀嚼強度演算機能
３ｄ 一口判断機能
３ｅ 咀嚼回数演算機能
４ データ記憶部
５ 表示部
６ 操作部
７ 電池電源
８ フォン体
９１… 操作釦
１０ ロッド部
１１ 耳掛け

Claims (5)

1. ３軸の加速度センサと、該加速度センサを被測定者の頬部に圧接させる装着手段と、演算部とを備え、演算部には、前記加速度センサの加速度検知出力から３軸の合成加速度を求める加速度算出機能、合成加速度値が所定の閾値を超える回数から咀嚼回数を計数する計数機能、前記合成加速度の変化に基づいて検出される被測定者の頭の動きから食物を口に入れる所作を推定して所作の回数を計数する機能と、所作の回数と計数された咀嚼回数から一口毎の咀嚼回数を求める咀嚼回数演算機能を有していることを特徴とする咀嚼計。
2. 上述の頭の動いている期間中において合成度加速度値が所定の閾値を超える回数を、咀嚼回数から減じることを特徴とする請求項１記載の咀嚼計。
3. 前記合成加速度値から咀嚼強度を求める機能を演算部に備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の咀嚼計。
4. 前記装着手段は、アーム付きヘッドフォン若しくはアームレス型ヘッドフォンの形態で形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか記載の咀嚼計。
5. 被測定者に装着手段で装着した状態で、前記加速度センサの位置を調整自在となるように加速度センサの取り付け部位を伸縮自在としていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか記載の咀嚼計。
   

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