JP2008018010A - 摂食機能測定装置 - Google Patents

Abstract

【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。
【解決手段】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。
【選択図】図２

Description

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。

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）。

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）。
特開平７−３０８３２９号公報 特開２００４−８１８６５号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 摂食機能測定装置の測定部ブロック図である。 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。 摂食機能測定装置の測定画面を示す図である。 摂食機能測定装置の分析画面を示す図である。 摂食機能測定装置の解析画面を示す図である。 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

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

Claims (4)

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。
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。
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。
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。