JP2020003433A - Oral ingestion product development support method and oral ingestion product development support system - Google Patents

Oral ingestion product development support method and oral ingestion product development support system Download PDF

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Abstract

To provide an oral ingestion product development support method and an oral ingestion product development support system, in which development of an oral ingestion product capable of achieving a predetermined swallowing can be supported.SOLUTION: An oral ingestion product development support system 1 allows a developer to easily develop a new oral ingestion product capable of easily achieving suppression in accidental swallowing aspiration based on a state parameter since the state parameter capable of achieving suppression in the accidental swallowing aspiration can be specified. Therefore, in the oral ingestion product development support system 1, development of the oral ingestion product capable of easily achieving suppression in the accidental swallowing aspiration can be supported.SELECTED DRAWING: Figure 21

Description

本発明は、経口摂取品開発支援方法及び経口摂取品開発支援システムに関する。   The present invention relates to an orally-ingested product development support method and an orally-ingested product development support system.

嚥下時の食品物性と頭頸部器官の運動との関係は複雑であり、現象そのものを正確に把握することは非常に困難である。ここで、嚥下とは、口腔内に取り込まれた食品(飲料を含む)を、咽頭・食道を経て胃に送り込む運動である。嚥下時には、口腔、咽頭、喉頭、食道の筋が、短時間のうちに決められた順序で活動し、複雑な運動を遂行している。   The relationship between food properties during swallowing and movement of head and neck organs is complicated, and it is very difficult to accurately grasp the phenomenon itself. Here, swallowing is a movement in which food (including beverages) taken into the oral cavity is sent to the stomach via the pharynx and esophagus. During swallowing, the muscles of the oral cavity, pharynx, larynx, and esophagus are activated in a predetermined order within a short time, and perform complex movements.

従来、嚥下時の食塊の挙動を模擬するために、コンピュータを用いた嚥下シミュレーション装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。このような、嚥下シミュレーション装置では、口腔器官の運動や、飲食品等の物性値を設定し、粒子法などの数値流体解析技術を用いて三次元画像により口腔器官及び飲食品の挙動を解析することができる。   BACKGROUND ART Conventionally, a swallowing simulation device using a computer has been known to simulate the behavior of a bolus at the time of swallowing (for example, see Patent Document 1). In such a swallowing simulation device, the movement of the oral organ and the physical property values of the food and drink are set, and the behavior of the oral organ and the food and drink are analyzed by a three-dimensional image using a numerical fluid analysis technique such as a particle method. be able to.

特許第6022789号Patent No. 6022789

このような嚥下シミュレーション装置は、嚥下に関する実現象を近似的に再現し得、嚥下現象を可視化することが可能であることから、誤嚥や誤飲を抑制し得る食品や医薬品、飲料等の経口摂取品を開発する際に役立てることができると考えられている。   Such a swallowing simulation device can approximately reproduce the actual phenomena related to swallowing and can visualize the swallowing phenomena. It is believed that it can help in developing consumables.

近年、医療や介護の現場では、高齢者や障害者の誤嚥、誤飲を防ぐため、さまざまな試行錯誤が行われているが、誤嚥リスクを低減できる経口摂取品の開発には至っておらず、誤嚥リスクを低減できる客観的な指標を規定した経口摂取品の開発が望まれている。また、誤嚥のみならず、喉ごしや飲み込み易さ等、所定の嚥下を実現し得る経口摂取品についての開発も望まれている。   In recent years, various trials and errors have been made in the medical and nursing care settings to prevent aspiration and ingestion of the elderly and the disabled, but the development of oral products that can reduce the risk of aspiration has been completed. In addition, there is a demand for the development of an oral ingestible product that defines an objective index that can reduce the risk of aspiration. In addition, development of an orally-ingested product that can achieve predetermined swallowing, such as swallowing and swallowing, as well as aspiration, is also desired.

そこで、本発明は、所定の嚥下を実現し得る経口摂取品の開発を支援できる経口摂取品開発支援方法及び経口摂取品開発支援システムを提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide an orally-ingested product development support method and an orally-ingested product development support system that can support the development of an orally-ingested product that can achieve predetermined swallowing.

本発明に係る経口摂取品開発支援方法は、開発者による経口摂取品の開発を支援する経口摂取品開発支援方法において、頭頸部器官からなる動的三次元頭頸部モデルを三次元画像により形成する頭頸部モデリングステップと、解析対象とする前記経口摂取品の物性値を設定する経口摂取品物性設定ステップと、前記経口摂取品を前記三次元画像内でモデル化した擬似経口摂取品を前記動的三次元頭頸部モデルで嚥下させたときの各前記頭頸部器官の運動と、前記擬似経口摂取品の嚥下時の挙動と、を数値流体解析技術に基づいて前記三次元画像でシミュレーション解析する運動解析ステップと、前記運動解析ステップの解析結果を基に、所定の嚥下を実現する前記擬似経口摂取品の食塊量、粘度及びせん断速度を特定する物性特定ステップと、前記物性特定ステップにより特定された前記擬似経口摂取品の前記粘度及び前記せん断速度を実現した試料を用意する試料準備ステップと、供給部から傾斜面上に前記食塊量の前記試料を供給する供給ステップと、前記供給部から前記傾斜面上へ供給された前記試料を供給センサにより検出する供給検出ステップと、前記傾斜面上の所定の地点を流下又は滑落する前記試料を到達センサにより検出する到達検出ステップと、前記供給センサ及び前記到達センサによる前記試料の検出タイミングをタイミング記録部により記録するタイミング記録ステップと、前記傾斜面上を流下又は滑落する前記試料を前記傾斜面の上方から上面カメラで撮像して上面画像を取得する上面画像取得ステップと、前記傾斜面上を流下又は滑落する前記試料を前記傾斜面の側方から側面カメラで撮像して側面画像を取得する側面画像取得ステップと、前記タイミング記録部の出力、前記側面画像及び前記上面画像の少なくとも1つを使用して、前記傾斜面上を流下又は滑落する前記試料の状態を表す状態パラメータを算出する演算ステップと、を備え、前記所定の嚥下を実現する前記経口摂取品の特徴を、前記演算ステップで得られた前記状態パラメータにより示すものである。   The method for supporting development of an ingestible product according to the present invention is a method for supporting the development of an ingestible product, which assists a developer in developing an ingestible product, wherein a dynamic three-dimensional head and neck model including a head and neck organ is formed by a three-dimensional image. A head and neck modeling step, an ingestible property setting step of setting physical properties of the orally ingested product to be analyzed, and the pseudo-orally ingested product obtained by modeling the orally ingested product in the three-dimensional image. Motion analysis for performing simulation analysis of the motion of each of the head and neck organs when swallowed by the three-dimensional head and neck model and the swallowing behavior of the simulated orally ingested product in the three-dimensional image based on a numerical fluid analysis technique Step, based on the analysis result of the motion analysis step, based on the bolus amount of the simulated oral ingestible product to achieve a predetermined swallowing, physical property identification step of identifying the viscosity and shear rate, A sample preparation step of preparing a sample that has achieved the viscosity and the shear rate of the simulated oral ingested product specified by the physical property specifying step; and a supply that supplies the sample of the bolus amount onto an inclined surface from a supply unit. And a supply detecting step of detecting the sample supplied from the supply unit onto the inclined surface by a supply sensor; and an arrival detecting step of detecting the sample flowing down or sliding down a predetermined point on the inclined surface by an arrival sensor. A detection step, a timing recording step of recording the detection timing of the sample by the supply sensor and the arrival sensor by a timing recording unit, and the sample flowing down or sliding down on the inclined surface with a top camera from above the inclined surface. An upper surface image acquiring step of acquiring an upper surface image by imaging, and before the sample flowing down or sliding down on the inclined surface, A side image acquisition step of acquiring a side image by imaging with a side camera from the side of the inclined surface, and using at least one of the output of the timing recording unit, the side image and the top image, on the inclined surface Calculating a state parameter representing the state of the sample flowing down or sliding down, wherein the characteristics of the orally-ingested product realizing the predetermined swallowing are indicated by the state parameter obtained in the calculation step. Things.

また、本発明に係る経口摂取品開発支援システムは、開発者による経口摂取品の開発を支援する経口摂取品開発支援システムにおいて、嚥下シミュレーション装置と、試料の運動及び形状を計測する計測装置と、を備え、前記嚥下シミュレーション装置は、頭頸部器官からなる動的三次元頭頸部モデルを三次元画像により形成する頭頸部モデリング部と、解析対象とする前記経口摂取品の物性値を設定する経口摂取品物性設定部と、前記経口摂取品を前記三次元画像内でモデル化した擬似経口摂取品を前記動的三次元頭頸部モデルで嚥下させたときの各前記頭頸部器官の運動と、前記擬似経口摂取品の嚥下時の挙動と、を数値流体解析技術に基づいて前記三次元画像でシミュレーション解析する運動解析部と、前記運動解析部の解析結果を基に、所定の嚥下を実現する前記擬似経口摂取品の食塊量、粘度及びせん断速度を特定する物性特定部と、を備え、前記計測装置は、傾斜面を有する傾斜部材と、前記物性特定部により特定された前記擬似経口摂取品の前記粘度及び前記せん断速度を実現した前記食塊量の試料を、前記傾斜面上に供給する供給部と、前記供給部から前記傾斜面上へ供給された前記試料を検出する供給センサと、前記傾斜面上の所定の地点を流下又は滑落する前記試料を検出する到達センサと、前記供給センサ及び前記到達センサによる前記試料の検出タイミングを記録するタイミング記録部と、前記傾斜面上を流下又は滑落する前記試料を前記傾斜面の上方から撮像して上面画像を取得する上面カメラと、前記傾斜面上を流下又は滑落する前記試料を前記傾斜面の側方から撮像して側面画像を取得する側面カメラと、前記タイミング記録部の出力、前記側面画像、及び前記上面画像の少なくとも1つを使用して、前記傾斜面上を流下又は滑落する前記試料の状態を表す状態パラメータを算出する演算部と、を備え、前記所定の嚥下を実現する前記経口摂取品の特徴を、前記演算部で得られた前記状態パラメータにより示すものである。   Further, the orally-ingested product development support system according to the present invention is an orally-ingested product development support system that supports the development of an orally-ingested product by a developer, wherein a swallowing simulation device, a measurement device that measures the movement and shape of the sample, The swallowing simulation device comprises: a head and neck modeling unit that forms a dynamic three-dimensional head and neck model composed of head and neck organs from a three-dimensional image; and an oral ingestion device that sets physical property values of the orally ingested product to be analyzed. Physical property setting unit, the movement of each head and neck organ when swallowing a pseudo oral ingested product obtained by modeling the oral ingested product in the three-dimensional image with the dynamic three-dimensional head and neck model, A motion analysis unit that simulates the behavior of the orally ingested product at the time of swallowing with the three-dimensional image based on a numerical fluid analysis technology, and based on an analysis result of the motion analysis unit. A physical property specifying unit that specifies the bolus mass, viscosity and shear rate of the simulated oral ingestible product that achieves predetermined swallowing, and the measuring device includes an inclined member having an inclined surface, and the physical property specifying unit. A supply unit that supplies the sample of the bolus amount that has achieved the viscosity and the shear rate of the specified simulated oral ingestible product on the inclined surface, and the supply unit that is supplied from the supply unit onto the inclined surface. A supply sensor for detecting a sample, an arrival sensor for detecting the sample flowing down or sliding down a predetermined point on the inclined surface, and a timing recording unit for recording the detection timing of the sample by the supply sensor and the arrival sensor. An upper surface camera that captures the upper surface image by capturing the sample flowing down or sliding down on the inclined surface from above the inclined surface, and tilts the sample flowing down or sliding down on the inclined surface. A side camera that captures a side image by capturing from the side of the camera, and using at least one of the output of the timing recording unit, the side image, and the top surface image, flows down or slides down on the inclined surface. A calculating unit for calculating a state parameter representing a state of the sample, wherein the characteristic of the orally-ingested product realizing the predetermined swallowing is indicated by the state parameter obtained by the calculating unit.

本発明の方法によれば、所定の嚥下を実現し得る状態パラメータを特定できるため、開発者に対して状態パラメータを基に所定の嚥下を実現し得る新しい経口摂取品を容易に開発させることができる。よって、所定の嚥下を実現し得る経口摂取品の開発を支援できる経口摂取品開発支援方法及び経口摂取品開発支援システムを実現できる。   According to the method of the present invention, it is possible to specify a state parameter capable of realizing a predetermined swallowing, so that a developer can easily develop a new ingestible product capable of realizing a predetermined swallowing based on the state parameter. it can. Therefore, it is possible to realize an orally-ingested product development support method and an orally-ingested product development support system that can support development of an orally-ingested product that can achieve predetermined swallowing.

本発明における経口摂取品開発支援システムの全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing the whole composition of the oral intake product development support system in the present invention. 嚥下シミュレ―ション装置の回路構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing a circuit configuration of a swallowing simulation device. 動的三次元頭頸部モデルの構成を示す概略図であり、(a)は斜視図であり、(b)は正面図であり、(c)は側面図であり、(d)は(b)のA−A部分の断面図である。It is the schematic which shows the structure of a dynamic three-dimensional head and neck model, (a) is a perspective view, (b) is a front view, (c) is a side view, (d) is (b) FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. (a)は、舌モデルにおける舌の筋肉の配置に着目した概略図であり、(b)は、オトガイ舌筋に沿って扇形に分割された舌モデルの構成を示した概略図である。(A) is a schematic diagram focusing on the arrangement of tongue muscles in a tongue model, and (b) is a schematic diagram showing a configuration of a tongue model divided into a fan shape along a genioglossus muscle. (a)は、喉頭移動前(平常時)の状態を示した概略図でり、(b)は喉頭移動後の状態を示した概略図であり、(c)は、喉頭部モデルの断面構成を示した断面図である。(A) is a schematic diagram showing a state before moving the larynx (normal), (b) is a schematic diagram showing a state after moving the larynx, and (c) is a cross-sectional configuration of the laryngeal model. It is sectional drawing which showed. 喉頭部モデルの連動運動例を示す概略図であり、(a)は0.0sec、(b)は0.2sec、(c)は0.4sec、(d)は0.5sec、(e)は0.6sec、(f)は0.7sec、(g)は0.8sec、(h)は0.9sec、(i)は1.0secにおける状態を示す。It is the schematic which shows the example of an interlocking movement of a laryngeal model, (a) is 0.0 sec, (b) is 0.2 sec, (c) is 0.4 sec, (d) is 0.5 sec, (e) is 0.6 sec, (f) shows a state at 0.7 sec, (g) shows a state at 0.8 sec, (h) shows a state at 0.9 sec, and (i) shows a state at 1.0 sec. (a)は、舌上近傍の領域1を解析領域としたときを説明するための概略図であり、(b)は、せん断速度の発生頻度と数値の大きさの時間変化を示したグラフであり、(c)は、動的三次元頭頸部モデルによる嚥下時の擬似経口摂取品の挙動と食塊にかかるせん断速度を示した概略図である。(A) is a schematic diagram for explaining a case where an area 1 near the upper part of the tongue is set as an analysis area, and (b) is a graph showing the occurrence frequency of a shear rate and a time change of a numerical value. Yes, (c) is a schematic diagram showing the behavior of the simulated oral ingested product and the shear rate applied to the bolus when swallowing by the dynamic three-dimensional head and neck model. (a)は、軟口蓋近傍の領域2を解析領域としたときを説明するための概略図であり、(b)は、せん断速度の発生頻度と数値の大きさの時間変化を示したグラフであり、(c)は、動的三次元頭頸部モデルによる嚥下時の擬似経口摂取品の挙動と食塊にかかるせん断速度を示した概略図である。(A) is a schematic diagram for explaining the case where the region 2 near the soft palate is set as the analysis region, and (b) is a graph showing the occurrence frequency of the shear rate and the time change of the numerical value. (C) is a schematic diagram showing the behavior of the simulated oral ingestible product and the shear rate applied to the bolus when swallowing by the dynamic three-dimensional head and neck model. (a)は、舌根近傍の領域3を解析領域としたときを説明するための概略図であり、(b)は、せん断速度の発生頻度と数値の大きさの時間変化を示したグラフであり、(c)は、動的三次元頭頸部モデルによる嚥下時の擬似経口摂取品の挙動と食塊にかかるせん断速度を示した概略図である。(A) is a schematic diagram for explaining the case where the region 3 near the tongue base is set as the analysis region, and (b) is a graph showing the occurrence frequency of the shear rate and the time change of the numerical value. (C) is a schematic diagram showing the behavior of the simulated oral ingestible product and the shear rate applied to the bolus when swallowing by the dynamic three-dimensional head and neck model. (a)は、喉頭蓋谷近傍の領域4を解析領域としたときを説明するための概略図であり、(b)は、せん断速度の発生頻度と数値の大きさの時間変化を示したグラフであり、(c)は、動的三次元頭頸部モデルによる嚥下時の擬似経口摂取品の挙動と食塊にかかるせん断速度を示した概略図である。(A) is a schematic diagram for explaining the case where the region 4 near the epiglottis valley is set as the analysis region, and (b) is a graph showing the occurrence frequency of the shear rate and the time change of the numerical value. Yes, (c) is a schematic diagram showing the behavior of the simulated oral ingested product and the shear rate applied to the bolus when swallowing by the dynamic three-dimensional head and neck model. (a)は、梨状陥凹近傍の領域5を解析領域としたときを説明するための概略図であり、(b)は、せん断速度の発生頻度と数値の大きさの時間変化を示したグラフであり、(c)は、動的三次元頭頸部モデルによる嚥下時の擬似経口摂取品の挙動と食塊にかかるせん断速度を示した概略図である。(A) is a schematic diagram for explaining a case where a region 5 near a pear-shaped depression is set as an analysis region, and (b) shows a frequency of occurrence of a shear rate and a temporal change of a numerical value. It is a graph and (c) is the schematic which showed the behavior of the simulated oral ingestion product at the time of swallowing by the dynamic three-dimensional head and neck model, and the shear rate applied to the bolus. (a)は、食道入口近傍の領域6を解析領域としたときを説明するための概略図であり、(b)は、せん断速度の発生頻度と数値の大きさの時間変化を示したグラフであり、(c)は、動的三次元頭頸部モデルによる嚥下時の擬似経口摂取品の挙動と食塊にかかるせん断速度を示した概略図である。(A) is a schematic diagram for explaining the case where the region 6 near the esophagus entrance is set as the analysis region, and (b) is a graph showing the occurrence frequency of the shear rate and the time change of the numerical value. Yes, (c) is a schematic diagram showing the behavior of the simulated oral ingested product and the shear rate applied to the bolus when swallowing by the dynamic three-dimensional head and neck model. 粘度及びせん断速度の関係を示したグラフである。4 is a graph showing a relationship between a viscosity and a shear rate. 図13の領域ER1を拡大した拡大図である。FIG. 14 is an enlarged view in which a region ER1 in FIG. 13 is enlarged. 粘度及びせん断速度が異なる8種類の既存サンプルに関する粘度及びせん断速度の関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the viscosity and the shear rate about eight kinds of existing samples from which the viscosity and the shear rate differ. 計測装置の全体構成を示した概略図である。It is the schematic which showed the whole structure of the measuring device. 演算部の回路構成を示したブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating a circuit configuration of a calculation unit. 状態パラメータの算出方法を説明するための傾斜部材の概略図である。It is a schematic diagram of an inclined member for explaining a calculation method of a state parameter. 傾斜面上における試料の速度を示したグラフである。It is the graph which showed the speed of the sample on an inclined surface. (a)は、最上部位置での拡散面積を示すグラフであり、(b)は、上部位置での拡散面積を示すグラフであり、(c)は、下部位置での拡散面積を示すグラフである。(A) is a graph showing the diffusion area at the uppermost position, (b) is a graph showing the diffusion area at the upper position, and (c) is a graph showing the diffusion area at the lower position. is there. 経口摂取品開発支援処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an ingestion product development support processing procedure.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

(1)本発明の概略について
図1は本発明の経口摂取品開発支援システムの全体構成を示したブロック図である。始めに、図1に示す経口摂取品開発支援システムを用い、本発明における、経口摂取品の開発支援の概略について説明する。
(1) Outline of the Present Invention FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the orally-ingested product development support system of the present invention. First, using the orally-ingested product development support system shown in FIG. 1, the outline of the orally-ingested product development support in the present invention will be described.

図1に示すように、経口摂取品開発支援システム1は、嚥下シミュレーション装置2と計測装置3と提示装置4とを備えている。本実施形態における嚥下シミュレーション装置2は、特許第6022789号に開示されている構成を備えている。   As shown in FIG. 1, the oral intake product development support system 1 includes a swallowing simulation device 2, a measurement device 3, and a presentation device 4. The swallowing simulation apparatus 2 according to the present embodiment has a configuration disclosed in Japanese Patent No. 6022789.

嚥下シミュレーション装置2は、頭頸部器官からなる動的三次元頭頸部モデル(後述する)を三次元画像により形成し、経口摂取品を三次元画像内で擬似経口摂取品(後述する)としてモデル化する。嚥下シミュレーション装置2は、動的三次元頭頸部モデルにおける各頭頸部器官の運動と、擬似経口摂取品の嚥下時の挙動とを、粒子法を用いて三次元画像内で解析することができる。   The swallowing simulation device 2 forms a dynamic three-dimensional head and neck model (to be described later) composed of a head and neck organ from a three-dimensional image, and models the orally ingested product as a simulated orally ingested product (to be described later) in the three-dimensional image. I do. The swallowing simulation device 2 can analyze the motion of each head and neck organ in the dynamic three-dimensional head and neck model and the behavior of the simulated oral product during swallowing in a three-dimensional image using the particle method.

このような動的三次元頭頸部モデルは、例えば、誤嚥をし易い嚥下障害者の頭頸部等を模倣して形成することで、嚥下障害者の嚥下時における各頭頸部器官の運動や、擬似経口摂取品の嚥下時の挙動を解析することができる。   Such a dynamic three-dimensional head and neck model, for example, by imitating and forming the head and neck of a dysphagia person who easily aspirates, movement of each head and neck organ during swallowing of the dysphagia person, Swallowing behavior of the simulated oral product can be analyzed.

嚥下シミュレーション装置2で得られた解析結果は、提示装置4に出力され、提示装置4の表示画面に表示される。提示装置4は、例えばディスプレイ等であり、嚥下シミュレーション装置2から出力された動的三次元頭頸部モデルの三次元画像や、擬似経口摂取品、解析結果等を表示画面に表示せる。これにより、提示装置4は、動的三次元頭頸部モデルにおける各頭頸部器官の運動や、擬似経口摂取品の嚥下時の挙動、解析結果等を、開発者に対し視認させることができる。   The analysis result obtained by the swallowing simulation device 2 is output to the presentation device 4 and displayed on the display screen of the presentation device 4. The presentation device 4 is, for example, a display or the like, and displays a three-dimensional image of the dynamic three-dimensional head and neck model output from the swallowing simulation device 2, a pseudo oral ingestion product, an analysis result, and the like on a display screen. Thereby, the presentation device 4 can make the developer visually recognize the movement of each head and neck organ in the dynamic three-dimensional head and neck model, the behavior at the time of swallowing the simulated oral product, the analysis result, and the like.

このようにして、嚥下シミュレーション装置2において、疑似経口摂取品の食塊量や粘度、比重等の物性値を変えて、動的三次元頭頸部モデルによる嚥下シミュレーションを行うことで、動的三次元頭頸部モデルによる誤嚥の有無を確認する。これにより、誤嚥し易い疑似経口摂取品の物性値や、誤嚥を抑制し得る疑似経口摂取品の物性値を特定できる。   In this manner, in the swallowing simulation device 2, the swallowing simulation using the dynamic three-dimensional head and neck model is performed by changing the physical properties such as the bolus amount, the viscosity, and the specific gravity of the simulated oral ingested product. Confirm the presence or absence of aspiration by the head and neck model. This makes it possible to specify the physical property values of the simulated orally ingested product that can be easily aspirated and the simulated orally ingested product that can suppress aspiration.

誤嚥を抑制し得る経口摂取品を開発する際、開発者は、嚥下シミュレーション装置2で特定した、誤嚥を抑制し得る疑似経口摂取品の物性値を目安に、この物性値を有する経口摂取品を試料として作製する。   When developing an orally ingestible product that can suppress aspiration, the developer uses the physical property value of the pseudo-orally ingestible product that can suppress aspiration as specified by the swallowing simulation device 2 and uses the The product is made as a sample.

計測装置3は、作製した試料について力学的な指標を示す状態パラメータを算出する。本実施形態による計測装置3は、例えば、(i)傾斜面を流れる試料の所定位置の通過時間、(ii)傾斜面を流れる速度、(iii)厚さ、(iV)拡散面積、(V)摩擦力、(Vi)仕事量、(Vii)仕事率、(Viii)力積、(iX)せん断応力、(X)エネルギー密度、(Xi)パワー密度及び(Xii)エネルギー消費率を、試料の力学的な指標(状態パラメータ)として測定する。   The measuring device 3 calculates a state parameter indicating a mechanical index for the manufactured sample. The measuring device 3 according to the present embodiment includes, for example, (i) the passage time of the sample flowing on the inclined surface at a predetermined position, (ii) the velocity flowing on the inclined surface, (iii) the thickness, (iV) the diffusion area, and (V) Friction force, (Vi) work, (Vii) power, (Viii) impulse, (iX) shear stress, (X) energy density, (Xi) power density and (Xii) energy consumption rate It is measured as a typical index (state parameter).

計測装置3は、試料のこれら測定結果(試料の力学的な指標であり、ここでは状態パラメータである)を提示装置4に出力し、当該測定結果を表示画面に表示させる。これにより、提示装置4は、試料の測定結果を開発者に対し視認させることができる。   The measuring device 3 outputs these measurement results of the sample (mechanical indices of the sample, which are state parameters in this case) to the presentation device 4, and displays the measurement results on a display screen. Thereby, the presentation device 4 can make the developer visually recognize the measurement result of the sample.

開発者は、計測装置3により具体的に得られた、これら力学的な指標を基に、嚥下シミュレーション装置2で動的三次元頭頸部モデルとした嚥下障害者が誤嚥回避可能な経口摂取品を開発することができる。かくして、経口摂取品開発支援システム1では、誤嚥を抑制し得る経口摂取品の開発を支援することができる。次に、嚥下シミュレーション装置2及び計測装置3について順に説明してゆく。   Based on these dynamic indices specifically obtained by the measuring device 3, the developer uses the swallowing simulation device 2 as a dynamic three-dimensional head and neck model to make a swallowing-disabled person an ingestible product that can avoid aspiration. Can be developed. Thus, the oral intake product development support system 1 can support the development of an oral intake product that can suppress aspiration. Next, the swallowing simulation device 2 and the measurement device 3 will be described in order.

(2)嚥下シミュレーション装置
本実施形態では、特許第6022789号と同様に、液面の変形や飛沫等の表現が可能な解析方法として、解析対象の液体や固体を粒子として扱う粒子法を用い、この粒子法で経口摂取品を三次元画像内に表して嚥下シミュレーションを行なう。粒子法としては、特にMPS(Moving Particle-Semi-implicit)法(Koshizuka et al,Comput.Fluid Dynamics J,4,29-46,1995)を適用することが望ましい。この粒子法では、流体を粒子で置き換え、粒子毎に物理量を計算する。その結果、液面の微妙な変化の解析が可能となり、飛沫や液面が大きく変形する場合の解析が可能になる。
(2) Swallowing simulation device In the present embodiment, as in Japanese Patent No. 6022789, as an analysis method capable of expressing liquid surface deformation, droplets, and the like, a particle method that treats a liquid or a solid to be analyzed as particles is used. Swallowing simulation is performed by expressing the orally ingested product in a three-dimensional image by the particle method. As the particle method, it is particularly preferable to apply the MPS (Moving Particle-Semi-implicit) method (Koshizuka et al, Comput. Fluid Dynamics J, 4, 29-46, 1995). In this particle method, a fluid is replaced with particles, and a physical quantity is calculated for each particle. As a result, it is possible to analyze a subtle change in the liquid level, and it is possible to perform an analysis in the case where the droplet or the liquid level is greatly deformed.

嚥下シミュレーション装置2では、さらに、医学的知見に基づいて口腔、咽頭、喉頭部の正確な構造や挙動を再現する。嚥下シミュレーション装置2は、二次元嚥下シミュレータでは無次元の相対的値として設定していた経口摂取品(食塊)の物性値(密度、粘度、表面張力、動的接触角(単に接触角と称する)、熱容量、熱伝導率、動摩擦係数等)を次元のある数値として設定可能とし、また、嚥下中の食塊の物理量(時間、位置座標、速度、圧力、温度、粘度、力、せん断速度、垂直応力、せん断応力等)についても、次元のある数値として抽出する。   The swallowing simulation device 2 further reproduces accurate structures and behaviors of the oral cavity, pharynx, and larynx based on medical knowledge. The swallowing simulation apparatus 2 uses the two-dimensional swallowing simulator to set physical properties (density, viscosity, surface tension, dynamic contact angle (hereinafter simply referred to as contact angle) of an orally-ingested product (bolus) which have been set as dimensionless relative values. ), Heat capacity, thermal conductivity, kinetic friction coefficient, etc.) can be set as numerical values with dimensions, and physical quantities (time, position coordinates, speed, pressure, temperature, viscosity, force, shear rate, Vertical stress, shear stress, etc.) are also extracted as dimensional numerical values.

(2−1)嚥下シミュレーション装置の回路構成
図2に示すように、嚥下シミュレーション装置2は、パーソナルコンピュータ2a、入力部81及び記憶部83を備えている。入力部81は、マウス、キーボード等の入力機器であり、開発者からの操作命令をパーソナルコンピュータ2aに出力し、パーソナルコンピュータ2aにおいて操作命令に応じた各種演算処理を実行させる。記憶部83は、パーソナルコンピュータ2aにて形成した動的三次元頭頸部モデル(後述する)や、設定条件、解析結果等を記憶する。
(2-1) Circuit Configuration of Swallowing Simulation Device As shown in FIG. 2, the swallowing simulation device 2 includes a personal computer 2a, an input unit 81, and a storage unit 83. The input unit 81 is an input device such as a mouse and a keyboard, outputs an operation command from a developer to the personal computer 2a, and causes the personal computer 2a to execute various arithmetic processes according to the operation command. The storage unit 83 stores a dynamic three-dimensional head and neck model (described later) formed by the personal computer 2a, setting conditions, analysis results, and the like.

パーソナルコンピュータ2aは、頭頸部モデリング部10、器官運動設定部30、経口摂取品物性設定部40、運動解析部50、物性特定部70及び制御部90を備えている。頭頸部モデリング部10は、図3に示すように、頭頸部器官からなる動的三次元頭頸部モデル10a(後述する)を三次元画像により形成する。   The personal computer 2 a includes a head and neck modeling unit 10, an organ movement setting unit 30, an ingestible product property setting unit 40, a movement analysis unit 50, a property specifying unit 70, and a control unit 90. As shown in FIG. 3, the head and neck modeling unit 10 forms a dynamic three-dimensional head and neck model 10a (to be described later) composed of a head and neck organ from a three-dimensional image.

器官運動設定部30は、動的三次元頭頸部モデル10aにおける各頭頸部器官の運動を設定する。これにより、動的三次元頭頸部モデル10aは、器官運動設定部30による設定状態を基に、各頭頸部器官が動いた嚥下シミュレーションを実行し得る。経口摂取品物性設定部40は、解析対象としての飲食品、医薬品又は医薬部外品等の経口摂取品の物性値を設定し、経口摂取品をモデル化した擬似経口摂取品を三次元画像内に形成する。なお、経口摂取品物性設定部40は、解析対象として異なる物性の液体、半固体又は固体の複数の擬似経口摂取品を設定することができる。なお、半固体としは例えばゼリー等を含み、固体としては例えば錠剤等も含む。   The organ motion setting unit 30 sets the motion of each head and neck organ in the dynamic three-dimensional head and neck model 10a. Thereby, the dynamic three-dimensional head and neck model 10a can execute a swallowing simulation in which each head and neck organ has moved based on the setting state by the organ motion setting unit 30. The orally-ingested-product property setting unit 40 sets the physical property values of the orally-ingested product such as a food or drink, a medicine or a quasi-drug as an analysis target, and sets a simulated orally-ingested product obtained by modeling the orally-ingested product in a three-dimensional image. Formed. In addition, the ingestion property setting unit 40 can set a plurality of liquid, semi-solid, or solid pseudo-oral ingestion products having different physical properties as analysis targets. The semi-solid includes, for example, jelly and the like, and the solid includes, for example, tablets and the like.

本実施形態の場合、経口摂取品物性設定部40は、経口摂取品の物性値として、例えば、経口摂取品となる食塊の密度[g/mL]と、動的三次元頭頸部モデル10aに嚥下させる食塊量[mL]と、表面張力[N/m]と、各頭頸部器官における接触角と、各頭頸部器官におけるスリップ係数と、を設定する。なお、ここでスリップ係数とは、生体表面と食塊(経口摂取品)の表面の濡れ性、撥水性を制御するパラメータであり、接触面における見かけの粘度として考えることができる。スリップ係数が大きい場合は界面での摩擦が大きくなり、結果的に食塊の動きにブレーキをかける効果がる。スリップ係数が小さい場合は界面での摩擦が小さくなり、0の場合は鏡面のような状態となる。スリップ係数1は流体の粘度と同等程度の摩擦効果を界面に与えることを意味する。スリップ係数は、想定する経口摂取品が有する濡れ性や撥水性等を解析して決定する。   In the case of the present embodiment, the orally-ingested-product property setting unit 40 sets the physical property value of the orally-ingested product to, for example, the density [g / mL] of the bolus to be the orally-ingested product and the dynamic three-dimensional head and neck model 10a. The amount of bolus to be swallowed [mL], the surface tension [N / m], the contact angle in each head and neck organ, and the slip coefficient in each head and neck organ are set. Here, the slip coefficient is a parameter for controlling wettability and water repellency between the surface of a living body and the surface of a bolus (orally taken product), and can be considered as an apparent viscosity on a contact surface. When the slip coefficient is large, the friction at the interface increases, and as a result, the effect of braking the movement of the bolus is obtained. When the slip coefficient is small, the friction at the interface is small, and when it is 0, the state is like a mirror surface. A slip coefficient of 1 means that a friction effect equivalent to the viscosity of the fluid is given to the interface. The slip coefficient is determined by analyzing the wettability, water repellency and the like of the assumed oral ingested product.

この場合、経口摂取品物性設定部40は、各頭頸部器官における接触角として、動的三次元頭頸部モデル10aにおける咽頭、喉頭、舌、軟口蓋での接触角をそれぞれ設定する。また、経口摂取品物性設定部40は、各頭頸部器官におけるスリップ係数として、動的三次元頭頸部モデル10aにおける咽頭、喉頭、舌、軟口蓋でのスリップ係数をそれぞれ設定する。   In this case, the orally-ingested product property setting unit 40 sets the contact angles of the pharynx, larynx, tongue, and soft palate in the dynamic three-dimensional head and neck model 10a as the contact angles of the respective head and neck organs. In addition, the physical property setting unit for ingestion sets the slip coefficient of the pharynx, larynx, tongue, and soft palate in the dynamic three-dimensional head and neck model 10a as the slip coefficient of each head and neck organ.

なお、本実施形態においては、経口摂取品の物性値として上述した物性値のみだけでなく、例えば、経口摂取品が液体のときは、液量・粘度・表面張力・比重・熱伝道率・比熱等の物性値を設定するようにしてもよい。また、経口摂取品が固体のときには、形状・寸法・弾性係数・引っ張り強さ・降伏点・降伏点応力・粘度のずり速度依存性・動的粘弾性・静的粘弾性・圧縮応力・破断応力・破断ひずみ・硬度・付着性・凝集性・熱伝導率・比熱等の物性値を設定するようにしてもよい。さらに、経口摂取品が半固体(可塑性があるが、流動性はない)であるときには、量・粘度・比重・降伏点・降伏点応力・粘度のずり速度依存性・動的粘弾性・静的粘弾性・圧縮応力・付着性・凝集性等の物性値を設定するようにしてもよい。   In the present embodiment, not only the physical property values described above as the physical property values of the ingestible product, but also, for example, when the ingestible product is a liquid, the liquid volume, viscosity, surface tension, specific gravity, heat conduction coefficient, specific heat May be set. When the ingestible product is solid, the shape, dimensions, elastic modulus, tensile strength, yield point, yield point stress, shear rate dependence of viscosity, dynamic viscoelasticity, static viscoelasticity, compressive stress, and rupture stress You may make it set the physical property values, such as breaking strain, hardness, adhesiveness, cohesiveness, thermal conductivity, and specific heat. Furthermore, when the ingestible product is semi-solid (plastic but not fluid), the amount, viscosity, specific gravity, yield point, yield point stress, shear rate dependence of viscosity, dynamic viscoelasticity, static Physical properties such as viscoelasticity, compressive stress, adhesiveness, and cohesiveness may be set.

動的三次元頭頸部モデル10aは、口腔器官の実際の運動に合わせて形成され、時間毎に変形することが精度の高い解析を行なう上で好ましく、このためにはモデル全体を粒子(剛体、粉体、弾性体、塑性体、弾塑性体)として取扱うのが好ましい。ただし、粒子数が増加すると三次元空間での解析を行なうパーソナルコンピュータ2aの負荷が増大するので、解析を簡素・容易にするためには頭頸部器官をポリゴンとして設定して解析するのが効率的である。   The dynamic three-dimensional head and neck model 10a is formed in accordance with the actual movement of the oral organ, and it is preferable to perform deformation with time in order to perform highly accurate analysis. (Powder, elastic body, plastic body, elastoplastic body) is preferable. However, when the number of particles increases, the load on the personal computer 2a for performing analysis in a three-dimensional space increases. Therefore, in order to simplify and facilitate the analysis, it is efficient to set the head and neck organs as polygons for analysis. It is.

運動解析部50では、頭頸部器官の運動に伴う擬似経口摂取品の嚥下時の挙動を解析する。図3に示す舌11の進行波的波動運動、喉頭蓋12aの回転運動、喉頭12の往復運動等により、頭頸部内部に投入された疑似経口摂取品を動かす。疑似経口摂取品の動きは粒子法により解析される。疑似経口摂取品は固体・半固体・液体のいずれでもポリゴン又は粒子として取り扱われる(計算負荷軽減のためポリゴンとして取扱うこともある)。   The motion analysis unit 50 analyzes the behavior of the simulated oral product during swallowing accompanying the motion of the head and neck organs. The simulated oral ingestion product introduced into the head and neck is moved by the traveling wave motion of the tongue 11, the rotational motion of the epiglottis 12a, and the reciprocating motion of the larynx 12 shown in FIG. The behavior of the simulated ingested product is analyzed by the particle method. The simulated ingestible product is treated as a polygon or a particle, whether solid, semi-solid, or liquid (sometimes as a polygon to reduce the computational load).

運動解析部50は、経口摂取品物性設定部40により疑似経口摂取品の物性値が変更されることで、当該物性値の影響により、舌11の進行波的波動運動、喉頭蓋12aの回転運動、喉頭12の往復運動等により、疑似経口摂取品が嚥下される際の経路を変化させる。   The movement analysis unit 50 changes the physical property value of the pseudo oral ingestion product by the oral ingestion product property setting unit 40, and due to the influence of the physical property value, the traveling wave motion of the tongue 11, the rotational motion of the epiglottis 12 a, The reciprocating motion of the larynx 12, etc., changes the path in which the simulated orally ingested product is swallowed.

制御部90は、嚥下シミュレーション装置2及びその各部を制御して、嚥下シミュレーション装置2の諸機能を実行させる。制御部90は内蔵メモリに嚥下シミュレーター(解析用ソフトウェア)を保有する。   The control unit 90 controls the swallowing simulation device 2 and each part thereof to execute various functions of the swallowing simulation device 2. The control unit 90 has a swallowing simulator (analysis software) in a built-in memory.

(2−2)動的三次元頭頸部モデル
次に、頭頸部モデリング部10により形成される動的三次元頭頸部モデル10aについて説明する。図3(a)は動的三次元頭頸部モデル10aの斜視図を示し、図3(b)は動的三次元頭頸部モデル10aの正面図を示し、図3(c)は動的三次元頭頸部モデル10aの側面図を示す。また、図3(d)は、図3(b)のA−A断面図を示す。
(2-2) Dynamic Three-Dimensional Head and Neck Model Next, the dynamic three-dimensional head and neck model 10a formed by the head and neck modeling unit 10 will be described. 3A shows a perspective view of the dynamic three-dimensional head and neck model 10a, FIG. 3B shows a front view of the dynamic three-dimensional head and neck model 10a, and FIG. FIG. 3 shows a side view of the head and neck model 10a. FIG. 3D is a sectional view taken along line AA of FIG. 3B.

動的三次元頭頸部モデル10aは、舌11(オトガイ舌筋11f(図4参照)を含む)と、喉頭12と、喉頭蓋12aと、気管13と、咽頭14(咽頭の管壁14a、咽頭の粘膜14bを含む)と、口蓋15(硬口蓋15a及び軟口蓋15bを含む)と、顎16(オトガイ部16aを含む)と、口腔17と、食道18(食道入口18a、食道の管壁18bを含む)を有する。なお、図3(d)には疑似経口摂取品20として球状の食塊を示す。   The dynamic three-dimensional head and neck model 10a includes a tongue 11 (including a genioglossus 11f (see FIG. 4)), a larynx 12, an epiglottis 12a, a trachea 13, and a pharynx 14 (a pharyngeal wall 14a, Mucosa 14b), palate 15 (including hard palate 15a and soft palate 15b), jaw 16 (including chin section 16a), oral cavity 17, esophagus 18 (including esophageal entrance 18a, esophageal tube wall 18b) ). In addition, FIG. 3D shows a spherical bolus as the pseudo oral ingestion product 20.

粒子法では粒子数が増加するとコンピュータの負担が増加し、解析に時間がかかる。本実施形態では、疑似経口摂取品を粒子(流体)により表現し、各口腔器官を、ポリゴン距離関数によって作成した壁境界(流体などから外力を受けても移動しない壁を距離関数として空間に配位した境界)として表現することにより、動的三次元頭頸部モデル10aを簡素化し、コンピュータの負担を軽減している。このような各頭頸部器官の運動(進行波的波動運動、回転運動、往復運動等)は器官運動設定部30で設定される。   In the particle method, as the number of particles increases, the load on the computer increases, and analysis takes time. In the present embodiment, the simulated oral ingestible product is represented by particles (fluid), and each oral organ is arranged in a space as a distance function with a wall boundary created by a polygon distance function (a wall that does not move even if it receives an external force from a fluid or the like). The dynamic three-dimensional head and neck model 10a is simplified by reducing the load on the computer. Such movements of each head and neck organ (traveling wave motion, rotation, reciprocation, etc.) are set by the organ motion setting unit 30.

ここでは、動的三次元頭頸部モデル10aの作成に際して、解剖により理解されている構造の知見、及び、CT(コンピュータ断層撮影:Computed Tomography)画像より大まかに読み取ることの出来る軟口蓋15bや舌11の形態、及び気管13の形態から、咽頭14と食道入口18aの位置を推定する。舌11、軟口蓋15b、咽頭14と食道入口18a、喉頭蓋12aと喉頭12の構造を、CG(コンピュータグラフィックス:Computer Graphics)用ソフトウェア(Autodesk 3ds Max等)を用いてモデリングする。   Here, when creating the dynamic three-dimensional head and neck model 10a, knowledge of the structure understood by anatomy and the soft palate 15b and tongue 11 that can be roughly read from a CT (Computed Tomography) image The position of the pharynx 14 and the esophageal entrance 18a are estimated from the form and the form of the trachea 13. The structures of the tongue 11, the soft palate 15b, the pharynx 14 and the esophagus entrance 18a, and the epiglottis 12a and the larynx 12 are modeled using CG (Computer Graphics) software (such as Autodesk 3ds Max).

次に、得られた動的三次元頭頸部モデル10aに対して、VF(嚥下造影検査:Videofluoroscopic examination of swallowing)による嚥下時の造影画像(正面及び側面図)を重ね合わせて、立体構造を修正する。さらに、空間領域の三次元的な変化の概略を、嚥下のシネMRI(シネ磁気共鳴画像:Cine Magnetic Resonance Imaging)の動画を参照して、動きを付与する。なお、シネMRIは、心拍同期による心臓撮影法の原理(同期サンプリング法)の発展形である。まず、MRI装置へのトリガの一定間隔での入力とトリガに同期した嚥下運動の繰り返しによって、複数の断面のMRI動画を得る。これを立体構築し、さらに時間軸上に配置することで4次元の再構築画像が得られる。   Next, the three-dimensional structure is corrected by superimposing contrast images (front and side views) at the time of swallowing by VF (Video fluoroscopic examination of swallowing) on the obtained dynamic three-dimensional head and neck model 10a. I do. Furthermore, a motion is given to the outline of the three-dimensional change in the spatial region with reference to a moving image of cine MRI (Cine Magnetic Resonance Imaging) of swallowing. Cine MRI is an evolution of the principle of heart imaging using synchronous heart rate (synchronous sampling method). First, an MRI moving image of a plurality of cross sections is obtained by repeating an input of a trigger to the MRI apparatus at a constant interval and a swallowing motion synchronized with the trigger. By constructing this three-dimensionally and arranging it on the time axis, a four-dimensional reconstructed image can be obtained.

運動解析部50は、このようにして形成した動的三次元頭頸部モデル10aを用いて嚥下運動を再現したシミュレーションを行うことができる。シミュレーションに際しては、動的三次元頭頸部モデル10aを、距離関数を用いて表現する。粒子法では空間点(三次元座標)にある疑似経口摂取品(粒子)に対して、最短距離にある器官が最も強く作用し、距離が遠くなるにつれて作用が弱くなる。   The motion analysis unit 50 can perform a simulation that reproduces the swallowing motion using the dynamic three-dimensional head and neck model 10a formed as described above. At the time of the simulation, the dynamic three-dimensional head and neck model 10a is expressed using a distance function. In the particle method, the organ at the shortest distance acts on the simulated ingestible product (particle) at a spatial point (three-dimensional coordinates), and the effect decreases as the distance increases.

距離関数とは空間点(三次元座標)に対して、動的三次元頭頸部モデル10aまでの最短の距離で定義される関数であり、距離関数を用いると動的三次元頭頸部モデル10aの重ね合わせを容易に行うことができる(全ての頭頸部器官からの距離の最小値が空間点に定義される)。動的三次元頭頸部モデル10aの重ね合わせが容易であるため、分割した各頭頸部器官に対して個別に移動量を設定し、後に重ね合わせることによって、嚥下運動を再現することができる。   The distance function is a function defined by the shortest distance from the spatial point (three-dimensional coordinates) to the dynamic three-dimensional head and neck model 10a. Superposition can be easily performed (minimum distance from all head and neck organs is defined as a spatial point). Since the dynamic three-dimensional head and neck model 10a can be easily superimposed, the swallowing motion can be reproduced by individually setting the moving amount for each of the divided head and neck organs and superimposing them later.

(2−3)舌モデル
次に、動的三次元頭頸部モデル10aにおける舌モデルについて説明する。図4に舌モデル10bの構成例を示す。図4(a)は舌11の筋肉(下顎骨のオトガイ部16aから延びるオトガイ舌筋11f)の配置を示し、図4(b)はオトガイ舌筋11fに沿って扇形に分割された舌モデル10bを示す。舌モデル10bは頭頸部モデリング部10で形成し、舌11の運動は器官運動設定部30で設定する。舌モデル10bは、舌11による食塊の輸送を再現する必要がある。
(2-3) Tongue Model Next, a tongue model in the dynamic three-dimensional head and neck model 10a will be described. FIG. 4 shows a configuration example of the tongue model 10b. FIG. 4A shows an arrangement of muscles of the tongue 11 (a genioglossus 11f extending from the chin part 16a of the mandible), and FIG. 4B shows a tongue model 10b divided into a fan shape along the genioglossus 11f. Is shown. The tongue model 10b is formed by the head and neck modeling unit 10, and the motion of the tongue 11 is set by the organ motion setting unit 30. The tongue model 10b needs to reproduce the transport of the bolus by the tongue 11.

舌モデル10bは、オトガイ舌筋の起始である下顎骨のオトガイ部16aを扇の要とし、起始から延びるオトガイ舌筋11fに沿って舌11を扇形に分割した構造とする。分割は例えば口唇を前、咽喉を後としたときの前後方向にn分割(本実施形態ではn=5)とし、横方向には分割していない。分割された各部を扇形部11a〜11eと称する。   The tongue model 10b has a structure in which the chin part 16a of the mandibular bone, which is the origin of the genioglossus muscle, is a key to the fan, and the tongue 11 is divided into a fan shape along the genioglossus muscle 11f extending from the origin. For example, the division is made into n divisions (n = 5 in the present embodiment) in the front-rear direction when the lips are set to the front and the throat to the back, and are not divided in the horizontal direction. Each of the divided parts is referred to as fan-shaped parts 11a to 11e.

舌11の運動による疑似経口摂取品20の輸送については、各扇形部11a〜11eを半径方向に振動させ、前方から後方に向かって振動の位相をずらしていくことで達成される。振動は、例えば、オトガイ舌筋11fを中心に振幅5mm、振動数1.1Hzで振動させ、各扇形部11a〜11eは手前側から奥側に向かって順次0.1sずつ振動のタイミング(位相)を遅らせるように設定する。   The transport of the simulated oral ingestion product 20 by the movement of the tongue 11 is achieved by vibrating each of the sector portions 11a to 11e in the radial direction and shifting the phase of vibration from front to rear. The vibration is performed, for example, at a center of the genioglossus 11f with an amplitude of 5 mm and a vibration frequency of 1.1 Hz, and each sector 11a-11e sequentially vibrates at a timing (phase) of 0.1 s from the near side to the far side. Set to delay.

なお、実施形態では計算負荷を低減するために舌11を分割したモデルを使用しているが、分割せずに、形状が変化した舌モデルを、各計算時間毎に読み込み、より滑らかな進行波的波動運動を模擬することも可能である。同様に生体器官を弾性体と定義して、弾性体内に自由に移動できる制御点を設置、制御点を任意の時間に任意の位置まで移動させる設定などで、同様の運動と変形を模擬することが可能である。また、順に舌11の各扇形部11a〜11eを振動運動させると、各扇形部11a〜11eの間に隙間が形成されて切断面が現れてしまうため、各扇形部11a〜11eをオーバーラップさせることで切れ目が出現しないようにすることが望ましい。さらに、舌11は表面の中心に疑似経口摂取品20を集めて流し込むという医学的な知見から、嚥下直前に中央が窪んでいる舌構造11gを加えることで、擬似経口摂取品20の流路を確保するようにすることも望ましい。   Although the embodiment uses a model in which the tongue 11 is divided in order to reduce the calculation load, the tongue model whose shape has changed without being divided is read at each calculation time, and a smoother traveling wave is obtained. It is also possible to simulate dynamic wave motion. Similarly, by defining a living organ as an elastic body, setting a control point that can move freely within the elastic body, and simulating similar movement and deformation by setting the control point to move to any position at any time Is possible. In addition, when each of the fan-shaped portions 11a to 11e of the tongue 11 is vibrated in order, a gap is formed between each of the fan-shaped portions 11a to 11e and a cut surface appears, so that the respective fan-shaped portions 11a to 11e overlap. It is desirable that no breaks appear. Furthermore, from the medical knowledge that the tongue 11 collects and pours the simulated ingestion product 20 into the center of the surface, by adding a tongue structure 11g whose center is depressed immediately before swallowing, the flow path of the simulated ingestion product 20 is increased. It is also desirable to secure them.

舌11の最奥の扇形部11eでは、擬似経口摂取品20を押し込むようにする。扇形部11eの具体的な押し込みの動きは、例えば次のような動作となる。嚥下のタイミングまではその他の扇形部11a〜11dと同様に振幅10mmで振動しながら、同時に回転していく。ただし、他の扇形部11a〜11dは0.3秒掛けて15度回転する運動をするのに対して、最奥の扇形部11eは0.1秒で回転を停止し(5度だけ回転)、その後、0.2秒掛けて15度逆回転する。   At the innermost sector 11e of the tongue 11, the simulated oral product 20 is pushed. The specific pushing motion of the sector 11e is, for example, as follows. Until the timing of swallowing, it rotates at the same time as oscillating at an amplitude of 10 mm like the other fan-shaped portions 11a to 11d. However, while the other sectors 11a to 11d make a 15-degree rotation in 0.3 seconds, the innermost sector 11e stops rotating in 0.1 seconds (rotates only 5 degrees). After that, it rotates reversely by 15 degrees in 0.2 seconds.

この逆回転中、扇形の要を中心とした振動運動は、逆回転開始時を最大振幅として、徐々に回転中心側に落ち込んでいく挙動を示す。その後、扇形部11eは0.2秒で10度回転し、ほぼ嚥下前の状態に戻り、次の嚥下運動を待つ。この戻りの時に擬似経口摂取品20が押し込まれる。この舌モデル10bを用いて、重力方向を変えて解析を行い、舌11の運動による擬似経口摂取品(ここでは水物性)20の輸送を達成することができる。   During this reverse rotation, the vibration motion around the pivot of the sector shows a behavior of gradually falling toward the rotation center with the maximum amplitude at the start of the reverse rotation. Thereafter, the sector 11e rotates 10 degrees in 0.2 seconds, almost returns to the state before swallowing, and waits for the next swallowing movement. At the time of this return, the simulated oral intake product 20 is pushed. Using the tongue model 10b, analysis is performed by changing the direction of gravity, and the movement of the simulated oral ingestible product (here, water properties) 20 by the movement of the tongue 11 can be achieved.

(2−4)喉頭部モデル
食道18の入口は平常時には閉じており、嚥下時に食道18が開放する様子を再現する必要がある。図5(c)に示すように、喉頭蓋12aと喉頭12で構成される喉頭部モデル10cは、喉頭蓋12aと喉頭12の動きにより、食道18と喉頭12の開放と閉塞を実現する。喉頭部モデル10cは頭頸部モデリング部10で形成し、その運動は器官運動設定部30で設定する。
(2-4) Laryngeal Model The entrance of the esophagus 18 is normally closed, and it is necessary to reproduce a state in which the esophagus 18 is opened during swallowing. As shown in FIG. 5C, a laryngeal model 10c including the epiglottis 12a and the larynx 12 realizes opening and closing of the esophagus 18 and the larynx 12 by movement of the epiglottis 12a and the larynx 12. The laryngeal model 10c is formed by the head and neck modeling unit 10, and its movement is set by the organ movement setting unit 30.

図5(a)は喉頭12の移動前(平常時)で食道入口18aが閉塞された状態を示し、図5(b)は喉頭12の移動後で食道入口18aが開放された状態を示す。図6に、動的三次元頭頸部モデル10aに形成された喉頭部モデル10c(喉頭部は12c)における喉頭12と喉頭蓋12aの連動運動例を示す。図6(a)は0.0sec、(b)は0.2sec、(c)は0.4sec、(d)は0.5sec、(e)は0.6sec、(f)は0.7sec、(g)は0.8sec、(h)は0.9sec、(i)は1.0secにおける状態を示す。   FIG. 5A shows a state in which the esophagus entrance 18a is closed before the movement of the larynx 12 (normal time), and FIG. 5B shows a state in which the esophagus entrance 18a is opened after the movement of the larynx 12. FIG. 6 shows an example of an interlocking movement of the larynx 12 and the epiglottis 12a in the larynx model 10c (the larynx is 12c) formed on the dynamic three-dimensional head and neck model 10a. 6 (a) is 0.0 sec, (b) is 0.2 sec, (c) is 0.4 sec, (d) is 0.5 sec, (e) is 0.6 sec, (f) is 0.7 sec, (G) shows the state at 0.8 sec, (h) shows the state at 0.9 sec, and (i) shows the state at 1.0 sec.

喉頭蓋12aは0.2secで傾き始め、0.6secで横倒しになり、0.7secで最大135度になり、その後逆回転し、1.0secで元に戻る。喉頭12は0.6secで移動を開始し、0.7secで最大になり、0.9secで元に戻る。図中の矢印は舌(扇形部)11の最も上に出ている部分を示す。なお、前述の、喉頭蓋12aの倒れ込みの瞬間に、舌(扇形部)の最奥部である扇形部11eが5mm押し込みを行なう運動を組み込んむことが望ましい。形状が変化した喉頭部モデル10cを、各計算時間毎に読み込み、より滑らかな進行波的波動運動を模擬することも可能である。同様に生体器官を弾性体と定義して、弾性体内に自由に移動できる制御点を設置、制御点を任意の時間に任意の位置まで移動させる設定などで、同様の運動と変形を模擬することが可能である。   The epiglottis 12a starts to tilt at 0.2 sec, falls down at 0.6 sec, reaches a maximum of 135 ° at 0.7 sec, then reversely rotates and returns to the original at 1.0 sec. The larynx 12 starts moving at 0.6 sec, reaches its maximum at 0.7 sec, and returns at 0.9 sec. The arrow in the figure indicates the uppermost part of the tongue (sector) 11. In addition, it is desirable to incorporate the above-described movement in which the sector 11e, which is the innermost part of the tongue (sector), pushes in 5 mm at the moment of the fall of the epiglottis 12a. It is also possible to read the laryngeal model 10c having a changed shape at each calculation time and simulate smoother traveling wave motion. Similarly, by defining a living organ as an elastic body, setting a control point that can move freely within the elastic body, and simulating similar movement and deformation by setting the control point to move to any position at any time Is possible.

(2−5)疑似経口摂取品の食塊量、粘度及びせん断速度の解析
運動解析部50は、動的三次元頭頸部モデル10aを用いた三次元画像内において、物性値が異なる疑似経口摂取品(食塊)20を口腔内に投入して、動的三次元頭頸部モデル10aで嚥下運動を行わせることで、嚥下時の疑似経口摂取品20の挙動を解析することができる。このような三次元画像の動画による嚥下シミュレーションにより、嚥下時の疑似経口摂取品20の挙動を確認できることから、例えば、下記の(a)〜(d)に示すような解析結果を得ることができる。
(2-5) Analysis of bolus mass, viscosity, and shear rate of the simulated orally ingested product The motion analysis unit 50 performs the simulated oral ingestion with different physical property values in a three-dimensional image using the dynamic three-dimensional head and neck model 10a. By putting the product (bolus) 20 into the oral cavity and performing the swallowing motion with the dynamic three-dimensional head and neck model 10a, it is possible to analyze the behavior of the simulated orally ingested product 20 at the time of swallowing. Since the behavior of the simulated orally ingested product 20 at the time of swallowing can be confirmed by swallowing simulation using a moving image of such a three-dimensional image, for example, the following analysis results (a) to (d) can be obtained. .

(a)疑似経口摂取品20の物性値の違いによる、嚥下・誤嚥・誤飲・窒息リスクの推測(特定)
(b)疑似経口摂取品20の物性値の違いによる、嚥下時間の推測(特定)
(c)疑似経口摂取品20の物性値の違いによる、咽喉壁(気管や咽頭の管璧)にかかる力及びせん断応力の推測(特定)
(d)上記データと官能評価又は官能診断との相関から、疑似経口摂取品20の飲み易さ・食べ易さ、飲み難さ・食べ難さの評価又は判断
(A) Estimation of the risk of swallowing, aspiration, aspiration, and suffocation based on the difference in the physical properties of the simulated ingestion product 20
(B) Estimation of swallowing time based on difference in physical property values of pseudo oral ingestion product 20 (specification)
(C) Estimation of the force and shear stress applied to the throat wall (trachea and pharyngeal wall) based on the difference in the physical properties of the simulated ingestion product 20 (specification)
(D) From the correlation between the above data and the sensory evaluation or sensory diagnosis, evaluation or judgment of ease of drinking / eating, difficulty of drinking / eating of the simulated oral ingestion product 20

上記(a)〜(d)の推測、評価又は判断は、開発者が行なう場合と、予め設定した指標を基に嚥下シミュレーション装置2が自動的に行なう場合とがある。本実施形態では、疑似経口摂取品20の物性値の違いによる誤嚥の有無を判断し、誤嚥の発生を抑制し得る疑似経口摂取品20の物性値(食塊量、粘度及びせん断速度)を特定する。   The estimation, evaluation or judgment of the above (a) to (d) may be performed by the developer or automatically performed by the swallowing simulation device 2 based on a preset index. In the present embodiment, the presence or absence of aspiration due to the difference in the physical property values of the simulated orally ingested product 20 is determined, and the physical properties of the simulated orally ingested product 20 (amount of bolus, viscosity and shear rate) capable of suppressing the occurrence of aspiration. To identify.

この場合、物性特定部70は、運動解析部50の解析結果を基に、誤嚥を回避できる擬似経口摂取品20の食塊量、粘度及びせん断速度を特定する。このうち擬似経口摂取品20の食塊量及び粘度は、経口摂取品物性設定部40により設定される物性値である。   In this case, the physical property specifying unit 70 specifies the bolus amount, the viscosity, and the shear rate of the simulated oral ingestible product 20 that can avoid aspiration based on the analysis result of the motion analyzing unit 50. Among these, the bolus amount and the viscosity of the simulated oral intake product 20 are physical property values set by the oral intake product physical property setting unit 40.

一方、擬似経口摂取品20のせん断速度は、運動解析部50の解析結果から物性特定部70により算出する。以下、物性特定部70によるせん断速度の測定手法について説明する。ここで、図7(a)に示すように、動的三次元頭頸部モデル10aを、例えば、舌上近傍の領域1と、軟口蓋近傍の領域2と、舌根近傍の領域3と、喉頭蓋谷近傍の領域4と、梨状陥凹近傍の領域5と、食道入口近傍の領域6と、食道内の領域7とに区分けし、各領域1〜7毎にそれぞれ疑似経口摂取品20のせん断速度を算出する。   On the other hand, the shear rate of the simulated oral ingestion product 20 is calculated by the physical property specifying unit 70 from the analysis result of the motion analyzing unit 50. Hereinafter, a method of measuring the shear rate by the physical property specifying unit 70 will be described. Here, as shown in FIG. 7A, the dynamic three-dimensional head and neck model 10a is, for example, a region 1 near the upper tongue, a region 2 near the soft palate, a region 3 near the tongue base, and a region near the epiglottis valley. Region 4, a region 5 near the pear-shaped depression, a region 6 near the esophagus entrance, and a region 7 in the esophagus. calculate.

本実施形態では、図7(a)に示すように、動的三次元頭頸部モデル10aの側断面構成において、食道内から舌上近傍まで垂直方向に延びるY座標を設け、Y座標の基準値0を食道最下部とした。そして、Y座標の0.00以上0.02未満を食道内の領域7、Y座標の0.02以上0.04未満を食道入口近傍の領域6、Y座標の0.04以上0.06未満を梨状陥凹近傍の領域5、Y座標の0.06以上0.08未満を喉頭蓋谷近傍の領域4、Y座標の0.08以上0.10未満を舌根近傍の領域3、Y座標の0.10以上0.12未満を軟口蓋近傍の領域2、Y座標0.12以上0.16未満を舌上近傍の領域1と規定した。   In the present embodiment, as shown in FIG. 7A, in the side cross-sectional configuration of the dynamic three-dimensional head and neck model 10a, a Y coordinate extending vertically from the esophagus to the vicinity of the tongue is provided, and a reference value of the Y coordinate is provided. 0 was defined as the bottom of the esophagus. Then, the area 7 in the esophagus when the Y coordinate is 0.00 or more and less than 0.02, the area 6 in the vicinity of the esophageal entrance where the Y coordinate is 0.02 or more and less than 0.04, and the 0.06 or more and less than 0.06 in the Y coordinate The area 5 near the pear-shaped depression, the area 4 near the epiglottis valley of 0.06 or more and less than 0.08 on the Y coordinate, the area 3 near the tongue base on the Y coordinate 0.08 or more and less than 0.10, the Y coordinate The region between 0.10 and less than 0.12 was defined as region 2 near the soft palate, and the region between Y and Y coordinates between 0.12 and less than 0.16 was defined as region 1 near the tongue.

図7は、擬似経口摂取品20のせん断速度を求める解析領域ER3を、動的三次元頭頸部モデル10aにおける舌上の領域1とした例を示し、図8は、擬似経口摂取品20のせん断速度を求める解析領域ER3を、動的三次元頭頸部モデル10aにおける軟口蓋近傍の領域2とした例を示す。   FIG. 7 shows an example in which the analysis region ER3 for obtaining the shear rate of the simulated oral product 20 is the region 1 on the tongue in the dynamic three-dimensional head and neck model 10a. An example is shown in which the analysis area ER3 for obtaining the velocity is the area 2 near the soft palate in the dynamic three-dimensional head and neck model 10a.

また、図9は、擬似経口摂取品20のせん断速度を求める解析領域ER3を、動的三次元頭頸部モデル10aにおける舌根近傍の領域3とした例を示し、図10は、擬似経口摂取品20のせん断速度を求める解析領域ER3を、動的三次元頭頸部モデル10aにおける喉頭蓋谷近傍の領域4とした例を示す。   FIG. 9 shows an example in which the analysis region ER3 for obtaining the shear rate of the simulated ingested product 20 is the region 3 near the tongue base in the dynamic three-dimensional head and neck model 10a. An example is shown in which the analysis region ER3 for obtaining the shear rate of is set as the region 4 near the epiglottis valley in the dynamic three-dimensional head and neck model 10a.

さらに、図11は、擬似経口摂取品20のせん断速度を求める解析領域ER3を、動的三次元頭頸部モデル10aにおける梨状陥凹近傍の領域5とした例を示し、図12は、擬似経口摂取品20のせん断速度を求める解析領域ER3を、動的三次元頭頸部モデル10aにおける食道入口近傍の領域6とした例を示す。   Further, FIG. 11 shows an example in which the analysis region ER3 for obtaining the shear rate of the simulated oral ingested product 20 is the region 5 near the pear-shaped recess in the dynamic three-dimensional head and neck model 10a, and FIG. An example is shown in which the analysis region ER3 for obtaining the shear rate of the ingestible product 20 is the region 6 near the esophageal entrance in the dynamic three-dimensional head and neck model 10a.

図7(b)、図8(b)、図9(b)、図10(b)、図11(b)及び図12(b)は、動的三次元頭頸部モデル10aにおいて擬似経口摂取品20を嚥下させる嚥下シミュレーションを行った際に、動的三次元頭頸部モデル10aで設定した解析領域ER3内での擬似経口摂取品20のせん断速度の時間変化を示したグラフである。図7(b)、図8(b)、図9(b)、図10(b)、図11(b)及び図12(b)では、横軸に時間を示し、縦軸にせん断速度を示している。なお、図内の濃淡は、粒子法により設定した粒子番号に応じて色分けしたものであり、せん断速度の発生頻度を表す。つまり、この図はせん断応力に関する等高線図といえる。   FIGS. 7 (b), 8 (b), 9 (b), 10 (b), 11 (b) and 12 (b) show simulated ingestible products in the dynamic three-dimensional head and neck model 10a. It is the graph which showed the time change of the shear rate of the simulated oral ingestion product 20 in the analysis area ER3 set by the dynamic three-dimensional head and neck model 10a when the swallowing simulation which swallows 20 was performed. 7 (b), FIG. 8 (b), FIG. 9 (b), FIG. 10 (b), FIG. 11 (b) and FIG. 12 (b), the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates shear rate. Is shown. The shading in the figure is color-coded according to the particle number set by the particle method, and indicates the frequency of occurrence of the shear rate. In other words, this diagram can be said to be a contour diagram relating to shear stress.

図7(c)、図8(c)、図9(c)、図10(c)、図11(c)及び図12(c)は、矢印で示した時間帯において、動的三次元頭頸部モデル10a内の擬似経口摂取品20の挙動を視覚的に表したグラフである。図7(c)、図8(c)、図9(c)、図10(c)、図11(c)及び図12(c)の横軸及び縦軸は動的三次元頭頸部モデル10aの座標と対応している。なお、図内の濃淡は、粒子法により設定した粒子番号に応じて色分けしたものであり粒子単体にかかるせん断速度を表す。つまり、どの粒子がどのタイミングで、どの程度のせん断速度を有しているか確認することができる。   FIGS. 7 (c), 8 (c), 9 (c), 10 (c), 11 (c) and 12 (c) show dynamic three-dimensional head and neck in the time zone indicated by the arrow. It is the graph which visually represented the behavior of the simulated oral ingestion product 20 in the part model 10a. 7C, 8C, 9C, 10C, 11C, and 12C, the horizontal axis and the vertical axis represent the dynamic three-dimensional head and neck model 10a. Corresponding to the coordinates. The shading in the drawing is color-coded according to the particle number set by the particle method, and represents the shear rate applied to the particle alone. That is, it is possible to confirm which particle has which shear rate at which timing.

運動解析部50は、物性値が異なる擬似経口摂取品20毎に動的三次元頭頸部モデル10aを用いた嚥下シミュレーションを行い、図7(c)、図8(c)、図9(c)、図10(c)、図11(c)及び図12(c)に示すようなデータを生成する。物性特定部70は、運動解析部50による嚥下シミュレーションが行われると、解析領域ER3での擬似経口摂取品20の挙動から、擬似経口摂取品20のせん断速度を算出する。   The motion analysis unit 50 performs a swallowing simulation using the dynamic three-dimensional head and neck model 10a for each simulated oral ingestion product 20 having different physical property values, and FIG. 7C, FIG. 8C, and FIG. , FIG. 10 (c), FIG. 11 (c) and FIG. 12 (c). When the swallowing simulation is performed by the motion analysis unit 50, the physical property specifying unit 70 calculates the shear rate of the simulated oral intake product 20 from the behavior of the simulated oral intake product 20 in the analysis region ER3.

ここで、せん断速度は次の式により算出することができる。せん断速度γ:[1/s]:γ=du/dr(du:速度[m/s]、dr:距離[m]、を示す)。せん断速度は単位長さあたりの速度変化ともいえるので、ある粒子の所定時間所定移動距離あたりの速度変化から計算できる。図7(b)〜図12(b)の各せん断速度は、各粒子毎にそれぞれ所定時間での移動距離を求めて算出したものである。   Here, the shear rate can be calculated by the following equation. Shear speed γ: [1 / s]: γ = du / dr (du: speed [m / s], dr: distance [m]). Since the shear speed can be said to be a change in speed per unit length, it can be calculated from a change in speed of a certain particle for a predetermined moving distance for a predetermined time. Each of the shear rates in FIGS. 7B to 12B is calculated by calculating the moving distance of each particle in a predetermined time.

このように、嚥下シミュレーション装置2では、頭頸部モデリング部10で形成した動的三次元頭頸部モデル10aを用い、経口摂取品物性設定部40により擬似経口摂取品20の物性値(ここでは、擬似経口摂取品20の密度、食塊量、表面張力、動的三次元頭頸部モデル10aにおける咽頭、喉頭、舌、軟口蓋での擬似経口摂取品20の接触角及びスリップ係数)を変えてゆき、その都度、嚥下シミュレ―ションを実行する。   As described above, in the swallowing simulation device 2, using the dynamic three-dimensional head and neck model 10 a formed by the head and neck modeling unit 10, the physical property value of the pseudo oral ingestion product 20 (here, pseudo Density, bolus mass, surface tension, contact angle and slip coefficient of the simulated oral product 20 at the pharynx, larynx, tongue, and soft palate in the dynamic three-dimensional head and neck model 10a. Perform swallowing simulation each time.

そして、運動解析部50によって、物性値を変えた擬似経口摂取品20毎に、動的三次元頭頸部モデル10a内での擬似経口摂取品20の挙動から誤嚥が生じているか否かをそれぞれ特定する。本実施形態の場合、動的三次元頭頸部モデル10aで誤嚥が生じているか否かの判断は、開発者が行なう場合と、運動解析部50に予め設定された指標を基に運動解析部50が自動的に行なう場合とがある。   Then, the motion analysis unit 50 determines whether or not aspiration has occurred from the behavior of the simulated ingestion product 20 in the dynamic three-dimensional head and neck model 10a for each simulated ingestion product 20 having changed physical property values. Identify. In the case of the present embodiment, the determination as to whether or not aspiration has occurred in the dynamic three-dimensional head and neck model 10a is performed by the developer and by the motion analysis unit based on an index preset in the motion analysis unit 50. There is a case where 50 automatically performs.

物性特定部70は、このときの擬似経口摂取品20の食塊量、粘度及びせん断速度を特定し、例えば、設定した食塊量毎に、粘度及びせん断速度の関係を、図13に示すような表にプロットしてゆく。   The physical property specifying unit 70 specifies the bolus amount, the viscosity, and the shear rate of the simulated oral ingestible product 20 at this time, and for example, for each set bolus amount, shows the relationship between the viscosity and the shear rate as shown in FIG. Plot in a simple table.

これにより、擬似経口摂取品20の物性値を変えた嚥下シミュレーションの結果から、設定した食塊量毎に、誤嚥が生じた粘度及びせん断速度と、誤嚥が生じなかった粘度及びせん断速度と、を示すことができる。かくして、物性特定部70は、各食塊量毎に、誤嚥を回避できる粘度及びせん断速度の大まかな分布領域(以下、誤嚥回避分布領域とも称する)を特定することができる。   Thereby, from the results of the swallowing simulation in which the physical property values of the simulated oral ingestion product 20 were changed, for each set bolus amount, the viscosity and shear rate at which aspiration occurred, and the viscosity and shear rate at which aspiration did not occur , Can be indicated. Thus, the physical property specifying unit 70 can specify, for each bolus amount, a rough distribution region of the viscosity and the shear rate that can avoid aspiration (hereinafter, also referred to as an aspiration avoidance distribution region).

なお、誤嚥回避の望ましい食塊量としては、動的三次元頭頸部モデル10aを用いた嚥下シミュレーションにより、4mlから9mlであることが確認できた。また、誤嚥を回避しつつ、より喉どおりが良いとの観点から、食塊量は5ml〜8mlであることが、より望ましい。   The desired amount of bolus to avoid aspiration was confirmed to be 4 to 9 ml by swallowing simulation using the dynamic three-dimensional head and neck model 10a. In addition, from the viewpoint that the throat is better while avoiding aspiration, it is more preferable that the bolus amount is 5 ml to 8 ml.

そして、擬似経口摂取品20の物性値を変えた嚥下シミュレーションを行うことで、例えば、図8に示す軟口蓋近傍の領域2での擬似経口摂取品20の滑落制御が誤嚥回避に効果的であることが確認できた。具体的に誤嚥回避には、図8(b)に示すように、軟口蓋近傍の領域2において、舌背滑落時のピークのせん断速度が25s−1以下であることが望ましく、かつ、このせん断速度25s−1以下での粘度も重要となることが確認できた。 Then, by performing the swallowing simulation in which the physical property values of the simulated ingested product 20 are changed, for example, the sliding control of the simulated ingested product 20 in the area 2 near the soft palate shown in FIG. 8 is effective in avoiding aspiration. That was confirmed. Specifically, in order to avoid aspiration, as shown in FIG. 8B, in the region 2 near the soft palate, the peak shear rate at the time of tongue dorsal slippage is desirably 25 s −1 or less, and It was confirmed that the viscosity at a speed of 25 s -1 or less was also important.

また、図9に示す舌根近傍の領域3での擬似経口摂取品20の滑落制御も誤嚥回避に効果的であることが確認できた。具体的に誤嚥回避には、図9(b)に示すように、舌根近傍の領域3において、滑落時のピークのせん断速度が25s−1以上50s−1以下であることが望ましく、かつ、このせん断速度の範囲内での粘度も重要となることが確認できた。 Further, it was confirmed that the sliding control of the simulated oral ingestion product 20 in the region 3 near the tongue base shown in FIG. 9 was also effective for avoiding aspiration. Specifically, in order to avoid aspiration, as shown in FIG. 9B, in the region 3 near the tongue base, it is desirable that the shear rate of the peak at the time of slipping is not less than 25 s −1 and not more than 50 s −1 , and It was confirmed that the viscosity within the range of the shear rate was also important.

さらに、図10に示す喉頭蓋谷近傍の領域4での擬似経口摂取品20の滑落制御も誤嚥回避に効果的であることが確認できた。具体的に誤嚥回避には、図10(b)に示すように、喉頭蓋谷近傍の領域4において、滑落時のピークのせん断速度が25s−1以下であることが望ましく、かつ、このせん断速度での粘度も重要となることが確認できた。 Further, it was confirmed that the sliding control of the simulated orally ingested product 20 in the region 4 near the epiglottis valley shown in FIG. 10 was also effective for avoiding aspiration. Specifically, in order to avoid aspiration, as shown in FIG. 10 (b), in the region 4 near the epiglottis valley, it is desirable that the peak shear rate at the time of slipping is 25 s −1 or less, and this shear rate It was also confirmed that the viscosity at was also important.

さらに加えて、図11に示す梨状陥凹近傍の領域5での擬似経口摂取品20の滑落制御も誤嚥回避に効果的であることが確認できた。具体的に誤嚥回避には、図11(b)に示すように、梨状陥凹近傍の領域5において、滑落時のピークのせん断速度が75s−1以下で、この領域5内に擬似経口摂取品20を残留させないことが望ましいことが確認できた。また、このせん断速度での粘度も重要となることが確認できた。 In addition, it was confirmed that the sliding control of the simulated orally ingested product 20 in the area 5 near the pear-shaped depression shown in FIG. 11 was also effective for avoiding aspiration. Specifically, in order to avoid aspiration, as shown in FIG. 11B, in the region 5 near the pear-shaped depression, the peak shear rate at the time of sliding down is 75 s −1 or less, It was confirmed that it is desirable not to allow the ingested product 20 to remain. It was also confirmed that the viscosity at this shear rate was also important.

次に、擬似経口摂取品20の物性値を変えて行った嚥下シミュレーション結果によって、食塊量毎に、誤嚥を抑制する粘度及びせん断速度の大まかな分布領域(誤嚥回避分布領域)を特定すると、物性特定部70は、設定した食塊量毎に、図13に示すように、粘度及びせん断速度の関係を示したフローカーブ(せん断速度−粘度曲線であり、ここでは、直線状のM20、M22、M35及びM38を示す)を生成する。   Next, a rough distribution region (aspiration avoidance distribution region) of the viscosity and the shear rate for suppressing aspiration is specified for each bolus amount, based on the results of the swallowing simulation performed by changing the physical property values of the simulated oral ingestion product 20. Then, as shown in FIG. 13, the physical property specifying unit 70 sets a flow curve (shear rate-viscosity curve, here, a linear M20 curve) indicating the relationship between the viscosity and the shear rate for each set amount of bolus. , M22, M35 and M38).

なお、本実施形態の場合、誤嚥を抑制できる粘度及びせん断速度の大まかな分布領域(誤嚥回避分布領域)は、動的三次元頭頸部モデル10aにおいて区分けした、舌上近傍の領域1と、軟口蓋近傍の領域2と、舌根近傍の領域3と、喉頭蓋谷近傍の領域4と、梨状陥凹近傍の領域5と、食道入口近傍の領域6と、食道内の領域7とからそれぞれ得られたせん断速度を用いて作製される。   In the case of the present embodiment, the rough distribution region (aspiration avoidance distribution region) of the viscosity and the shear rate that can suppress aspiration is divided into the region 1 above the tongue, which is divided in the dynamic three-dimensional head and neck model 10a. , The area 2 near the soft palate, the area 3 near the tongue base, the area 4 near the epiglottis, the area 5 near the piriform depression, the area 6 near the esophageal entrance, and the area 7 in the esophagus. It is made using a given shear rate.

フローカーブの形成は、下記の式(1)を仮定式として用いる。この際、μは、擬似経口摂取品20の粘度[Pa・s]を示し、γは、せん断速度[1/s]を示す。式(1)中の係数C1、C2をパラメトリックに変化させながら、誤嚥回避分布領域と重なる範囲をフローカーブにより特定する。   Formula (1) below is used as a hypothetical formula for forming the flow curve. At this time, μ indicates the viscosity [Pa · s] of the simulated oral intake product 20, and γ indicates the shear rate [1 / s]. While changing the coefficients C1 and C2 in equation (1) parametrically, a range overlapping with the aspiration avoidance distribution region is specified by a flow curve.

μ=C1・(γC2) … (1) μ = C1 · (γ C2 ) (1)

図13では、係数C1、C2をパラメトリックに変化させながら特定した4つの直線M20、M22、M35及びM38を一例として示している。図13は、これら4つの直線M20、M22、M35及びM38によって、誤嚥回避分布領域(図示せず)と重なる範囲を特定できた例である。   FIG. 13 shows, as an example, four straight lines M20, M22, M35 and M38 specified while changing the coefficients C1 and C2 parametrically. FIG. 13 is an example in which a range overlapping with the aspiration avoidance distribution region (not shown) can be specified by these four straight lines M20, M22, M35, and M38.

直線M20は、C1=5.636、C2=−1.15であり、直線M22は、C1=5.636、C2=−1.03である。直線M35は、C1=8.454、C2=−1.174781278であり、直線M38は、C1=8.454、C2=−1.12478である。   The straight line M20 has C1 = 5.636 and C2 = −1.15, and the straight line M22 has C1 = 5.636 and C2 = −1.03. The straight line M35 has C1 = 8.454 and C2 = −1.174781278, and the straight line M38 has C1 = 8.454 and C2 = −1.1478.

図14は、図13中の領域ER1を拡大した拡大図である。図14に示すように、C1=5.636とした直線M20及び直線M22と、C1=8.454とした直線M35及び直線M38とを用いて、誤嚥が発生しなかった誤嚥回避分布領域とクロスオーバした粘度・せん断速度範囲ER2を特定している。   FIG. 14 is an enlarged view of the area ER1 in FIG. As shown in FIG. 14, using the straight lines M20 and M22 with C1 = 5.636 and the straight lines M35 and M38 with C1 = 8.454, the aspiration avoidance distribution area where aspiration did not occur. And the viscosity / shear rate range ER2 that crosses over with the above.

その結果、粘度・せん断速度範囲ER2を基に、誤嚥が発生しない可能性が高いせん断速度は、16s−1以上72s−1以下と規定することができ、同じく、誤嚥が発生しない可能性が高い粘度は、粘度・せん断速度範囲ER2において、このせん断速度に対応する粘度と規定することができる。なお、図11(b)では、滑落時のピークのせん断速度が75s−1以下であることが望ましいと説明したが、これは、図11(b)のせん断速度が25[s−1]刻みで表記しているため、大まかにせん断速度を示したものである。より正確には72s−1以下であることが望ましい。 As a result, based on the viscosity / shear rate range ER2, the shear rate at which aspiration is unlikely to occur can be defined as 16 s -1 or more and 72 s -1 or less. Is high in the viscosity / shear rate range ER2, and can be defined as a viscosity corresponding to this shear rate. In FIG. 11 (b), it has been described that the peak shear rate at the time of sliding down is desirably 75 s −1 or less, but this is because the shear rate in FIG. 11 (b) is 25 [s −1 ] increments. Because it is indicated by, it roughly indicates the shear rate. More precisely, it is desirable to be 72 s -1 or less.

物性特定部70は、擬似経口摂取品20の物性値を変えて嚥下シミュレーションによりそれぞれ得られた解析結果から、上記のようにして、誤嚥が発生しない可能性が高い粘度・せん断速度範囲ER2を算出する。物性特定部70は、生成したフローカーブや、誤嚥が発生しない可能性が高い粘度・せん断速度範囲ER2を、提示装置4(図1)に出力する。これにより、開発者は、提示装置4の表示画面に表示された誤嚥回避分布領域や、フローカーブを確認しながら、粘度・せん断速度範囲ER2を特定することができる。以上のようにして得られた粘度・せん断速度範囲ER2を用いることで、誤嚥が発生しない可能性が高い粘度及びせん断速度を有する経口摂取品を作製することができる。   The physical property specifying unit 70 changes the viscosity / shear rate range ER2 in which the aspiration is unlikely to occur, as described above, from the analysis results obtained by the swallowing simulation while changing the physical property values of the simulated oral ingestion product 20. calculate. The physical property specifying unit 70 outputs the generated flow curve and the viscosity / shear rate range ER2 having a high possibility of not causing aspiration to the presentation device 4 (FIG. 1). Thereby, the developer can specify the viscosity / shear rate range ER2 while checking the aspiration avoidance distribution area and the flow curve displayed on the display screen of the presentation device 4. By using the viscosity / shear rate range ER2 obtained as described above, an orally-ingested product having a viscosity and a shear rate that are highly unlikely to cause aspiration can be produced.

(3)試料の作製
本実施形態では、嚥下シミュレーション装置2により誤嚥が発生しない可能性が高い経口摂取品の食塊量、粘度及びせん断速度を特定すると、これら食塊量、粘度及びせん断速度を目安に、誤嚥が発生しない可能性が高い仮想経口摂取品を探索する(探索ステップ)。ここで、図15は、様々な経口摂取品の粘度及びせん断速度の既知の測定結果を示すグラフである。
(3) Preparation of Sample In the present embodiment, when the swallowing simulation apparatus 2 specifies the bolus amount, viscosity and shear rate of an orally-ingested product that is highly unlikely to cause aspiration, the bolus amount, viscosity and shear rate are specified. With reference to, a virtual oral ingestion product having a high possibility that aspiration does not occur is searched (search step). Here, FIG. 15 is a graph showing the known measurement results of the viscosity and the shear rate of various ingestible products.

図15では、粘度及びせん断速度が異なる8種類のサンプル1〜8を用意した例を示す。サンプル1は、ドリンクヨーグルト(株式会社明治社製、商品名:明治ブルガリア飲むヨーグルトLB81プレーン)であり(図中「飲むYO」と表記)、サンプル2は、ハウス食品株式会社製「商品名:フルーチェ」を牛乳(株式会社明治社製、商品名:明治おいしい牛乳)に20%含有させたものであり(図中「20%フルーチェ」と表記)、サンプル3は、ハウス食品株式会社製「商品名:フルーチェ」を牛乳に50%含有させたものであり(図中「50%フルーチェ」と表記)である。   FIG. 15 shows an example in which eight types of samples 1 to 8 having different viscosities and shear rates are prepared. Sample 1 was a drink yogurt (trade name: Meiji Bulgaria drink yogurt LB81 plain manufactured by Meiji Co., Ltd.). Is 20% contained in milk (trade name: Meiji Delicious Milk, manufactured by Meiji Co., Ltd.) (denoted as “20% fruche” in the figure), and sample 3 is manufactured by House Foods, Inc. : Fruche ”contained in milk at 50% (denoted as“ 50% Fruche ”in the figure).

サンプル4は、山芋を水に3%含有させたものであり(図中「ヤマイモ3%」と表記)、サンプル5は、ドリンクヨーグルトに15%山芋水溶液を、最終山芋濃度が1.5%になるよう含有させたものであり(図中「飲むYO+山芋1.5%」と表記)、サンプル6は、ドリンクヨーグルトに15%山芋水溶液を、最終山芋濃度が0.75%になるよう含有させたものであり(図中「飲むYO+山芋0.75%」と表記)、サンプル7は、ドリンクヨーグルトに加熱した3%山芋水溶液を、最終山芋濃度が0.9%になるよう含有させたものである(図中「飲むYO+加熱山芋0.9%」と表記)。サンプル8は、水に、株式会社明治製「商品名:トロメイク」を1%含有させたものである(図中「トロメイク1%」と表記)。   Sample 4 contains 3% yam in water (indicated as "Yaimo 3%" in the figure), and Sample 5 contains a 15% aqueous yam solution in drink yogurt and a final yam concentration of 1.5%. Sample 6 contains a 15% aqueous yam solution in a drink yogurt so that the final yam concentration is 0.75%. The sample 7 contained a 3% yam aqueous solution heated to drink yogurt so that the final yam concentration was 0.9%. (Indicated as “drink YO + heated yam 0.9%” in the figure). Sample 8 was prepared by adding 1% of “trade make” (trade name) manufactured by Meiji Co., Ltd. to water (denoted as “tromake 1%” in the figure).

サンプル1〜8の粘度及びせん断速度は予め測定したものであり、これらサンプル1〜8の粘度及びせん断速度の関係を示したグラフ内に、図14において求めた、誤嚥が発生しない可能性が高い粘度・せん断速度範囲ER2(図中、「SV算出粘度範囲」と表記)を当てはめ、誤嚥が発生しない可能性が高い仮想経口摂取品を探索する。   The viscosities and shear rates of Samples 1 to 8 were measured in advance, and a graph showing the relationship between the viscosities and shear rates of these Samples 1 to 8 was determined in FIG. The high viscosity / shear rate range ER2 (indicated as “SV calculated viscosity range” in the figure) is applied to search for a virtual oral ingestion product that is highly unlikely to cause aspiration.

図15に示すように、例えばサンプル1〜8の中では、サンプル7の「飲むYO+加熱山芋0.9%」が、誤嚥が発生しない可能性が高い粘度・せん断速度範囲ER2内に収まる経口摂取品となり得ることが特定できる。このようにして、誤嚥が発生しない可能性が高い粘度・せん断速度範囲ER2内に収まる経口摂取品を探索してゆく。   As shown in FIG. 15, for example, among Samples 1 to 8, “Drinking YO + heated yam 0.9%” of Sample 7 is orally contained in viscosity / shear rate range ER2 in which aspiration is unlikely to occur. It can be specified that it can be an ingestible product. In this way, an orally-ingested product that falls within the viscosity / shear rate range ER2 in which aspiration is unlikely to occur is searched for.

そして、誤嚥が発生しない可能性が高い粘度・せん断速度範囲ER2を目安に、誤嚥が発生しない可能性が高い粘度及びせん断速度を有する複数の試料を作製する。   Then, using the viscosity / shear rate range ER2 in which aspiration is unlikely to occur, a plurality of samples having a viscosity and a shear rate in which aspiration is unlikely to occur are produced.

(4)計測装置
(4−1)計測装置の構成
次に、計測装置3について説明する。上述したように、誤嚥が発生しない可能性が高い粘度及びせん断速度を有する複数の試料を作製すると、これら試料について、計測装置3を用いて複数の状態パラメータを測定し、作製した試料について力学的な指標を規定する。
(4) Measuring Device (4-1) Configuration of Measuring Device Next, the measuring device 3 will be described. As described above, when a plurality of samples having a viscosity and a shear rate that are highly unlikely to cause aspiration are produced, a plurality of state parameters are measured on these samples using the measuring device 3 and the produced sample is subjected to dynamics. Stipulate specific indicators.

図16に示す計測装置3は、上述した「(3)試料の作製」にて作製した試料41を食塊として使用し、試料41の嚥下状態を模擬的に再現し、試料41の運動とそのときの形状とを測定するものである。計測装置3は、傾斜面32aを有した傾斜部材32と、供給部31とを備えており、供給部31によって傾斜面32a上に試料41を供給する。   The measurement device 3 shown in FIG. 16 uses the sample 41 prepared in “(3) Preparation of sample” as the bolus, simulates the swallowing state of the sample 41, and moves the sample 41 and its movement. The shape at the time is measured. The measuring device 3 includes an inclined member 32 having an inclined surface 32a and a supply unit 31, and supplies the sample 41 onto the inclined surface 32a by the supply unit 31.

傾斜部材32は、傾斜面32aの角度を適宜変更することによって、傾斜面32aにより嚥下時の口腔、咽頭、喉頭を模擬している。傾斜面32aは、例えば、水平に設置される設置面に対して30〜80度、より好ましくは30〜70度、さらに好ましくは40〜65度、最も好ましくは45〜60度に傾ける。   The inclined member 32 simulates the oral cavity, pharynx, and larynx at the time of swallowing by appropriately changing the angle of the inclined surface 32a. The inclined surface 32a is inclined at an angle of, for example, 30 to 80 degrees, more preferably 30 to 70 degrees, still more preferably 40 to 65 degrees, and most preferably 45 to 60 degrees with respect to a horizontally installed surface.

傾斜部材32の形状は、試料(食塊)41の形状や量によって適宜選択できる。傾斜部材32の形状は、例えば、円柱、楕円柱、直方体等であってもよいが、後述する各種センサを傾斜面に対して平行に設置しやすい観点から、直方体が好ましい。   The shape of the inclined member 32 can be appropriately selected depending on the shape and amount of the sample (bolus) 41. The shape of the inclined member 32 may be, for example, a cylinder, an elliptical cylinder, a rectangular parallelepiped, or the like, but is preferably a rectangular parallelepiped from the viewpoint of easily installing various sensors described later in parallel with the inclined surface.

傾斜部材32の大きさは、試料(食塊)41の形状や量によって適宜選択できる。たとえば、直径5〜30cm、高さが0.2〜2cm、あるいは縦(長さ)5〜30cm、横(幅)2〜10cm、厚さ0.2〜2cmの直方体等を例示できる。   The size of the inclined member 32 can be appropriately selected depending on the shape and amount of the sample (bolus) 41. For example, a rectangular parallelepiped having a diameter of 5 to 30 cm and a height of 0.2 to 2 cm, or a vertical (length) of 5 to 30 cm, a horizontal (width) of 2 to 10 cm, and a thickness of 0.2 to 2 cm can be exemplified.

傾斜部材32の傾斜面32aは、嚥下時の口腔、咽頭、喉頭等の生体表面の物性を模擬できれば、種々の材料により形成してもよい。例えば、傾斜面32aは、合成樹脂(シリコン、ウレタン、エポキシレジン、ヨウ素化ポリマー)や天然物(天然ゴム)等の一種類以上を選択してもよい。傾斜面32aは、合成樹脂や天然ゴム等を所定量の比率で配合して、加熱、UV処理、冷却、プラズマガス処理、コーティング処理等の加工や3Dプリンター等を利用して作製してもよい。また、傾斜面32aは、安定した計測、素材・形状の変更や設置が容易になるように、2層以上の異なる素材で構成してもよい。   The inclined surface 32a of the inclined member 32 may be formed of various materials as long as it can simulate physical properties of a living body surface such as an oral cavity, a pharynx, and a larynx at the time of swallowing. For example, as the inclined surface 32a, one or more types of synthetic resin (silicon, urethane, epoxy resin, iodinated polymer), natural product (natural rubber), and the like may be selected. The inclined surface 32a may be prepared by mixing a synthetic resin, natural rubber, or the like at a predetermined ratio and using a processing such as heating, UV treatment, cooling, plasma gas treatment, coating treatment, or a 3D printer. . Further, the inclined surface 32a may be formed of two or more layers of different materials so that stable measurement, change of the material and shape, and installation are facilitated.

また、傾斜部材32の傾斜面32aは、ポリビニルアルコール(PVA)を利用した疑似生体材料(親水性PVA)で形成してもよい。親水性PVAとしては、例えば、特開2007−31634号公報に記載の水性ゲル組成物を利用することができる。この水性ゲル組成物は、鹸化度が97モル%以上でかつ重合度が500〜3000の第一のPVAと、鹸化度が70〜90モル%でかつ重合度が500〜3000である第二のPVAとを含み、含水率が70〜95重量%であると規定されている。また、親水性PVAとしては、水、PVA、及びジメチルスルホスキドを混合したものを用いて形成してもよい。   Further, the inclined surface 32a of the inclined member 32 may be formed of a pseudo biomaterial (hydrophilic PVA) using polyvinyl alcohol (PVA). As the hydrophilic PVA, for example, an aqueous gel composition described in JP-A-2007-31634 can be used. This aqueous gel composition comprises a first PVA having a degree of saponification of 97 mol% or more and a degree of polymerization of 500 to 3000, and a second PVA having a degree of saponification of 70 to 90 mol% and a degree of polymerization of 500 to 3000. And PVA, and the water content is specified to be 70 to 95% by weight. The hydrophilic PVA may be formed using a mixture of water, PVA, and dimethyl sulfo skid.

供給部31は、傾斜面32aの上方に配置されたノズル31aと、ノズル31aに所定量の試料41を供給するピストンポンプ31bとから構成されている。ノズル31aの先端は、傾斜面32aの上部に配置され、当該傾斜面32aから所定距離(例えば25mm)離れた上方の高さ位置に配置されている。また、ノズル31aには、ノズル31a内の圧力を検出してノズル31aからの試料41の排出を検出する圧力センサ33が取り付けられている。圧力センサ33は、ノズル31aからの試料41の排出を検出することで、試料41がノズル31aから排出された時間を検出する。   The supply unit 31 includes a nozzle 31a disposed above the inclined surface 32a, and a piston pump 31b that supplies a predetermined amount of the sample 41 to the nozzle 31a. The tip of the nozzle 31a is disposed above the inclined surface 32a, and is located at a height above a predetermined distance (for example, 25 mm) from the inclined surface 32a. The nozzle 31a is provided with a pressure sensor 33 that detects the pressure in the nozzle 31a and detects the discharge of the sample 41 from the nozzle 31a. The pressure sensor 33 detects the time when the sample 41 is discharged from the nozzle 31a by detecting the discharge of the sample 41 from the nozzle 31a.

ここで、本実施形態では、試料41を供給する供給部31は、上述した「(2)嚥下シミュレーション装置」にて特定した、誤嚥が発生しない可能性が高い食塊量の試料41を、傾斜面32a上に供給する。この場合、供給部31は、食塊量を計測可能なピストンポンプ31bを備えており、ピストンポンプ31bの吸引排出量を調整することにより、容器に貯留された試料41を所定量吸い上げ、ノズル31aを介して所定の食塊量の試料41を傾斜面32a上に排出する。   Here, in the present embodiment, the supply unit 31 that supplies the sample 41 uses the bolus amount of the sample 41 having a high possibility that aspiration does not occur, which is specified by the above-described “(2) Swallowing simulation device”. It is supplied on the inclined surface 32a. In this case, the supply unit 31 is provided with a piston pump 31b capable of measuring the amount of bolus, and by adjusting the suction and discharge amount of the piston pump 31b, a predetermined amount of the sample 41 stored in the container is sucked up and the nozzle 31a A predetermined amount of the bolus of the sample 41 is discharged onto the inclined surface 32a via the.

ノズル31aの先端と傾斜面32aとの間には、供給部31のノズル31aから傾斜面32a上へ供給される試料41を検出する供給センサ34aが配置されている。供給センサ34aは、例えば、レーザ光を発射するレーザ光源を備えており、試料41に当たることで変化するレーザ光に基づいて試料41の供給の有無を経時的に測定する。   A supply sensor 34a that detects the sample 41 supplied from the nozzle 31a of the supply unit 31 onto the inclined surface 32a is disposed between the tip of the nozzle 31a and the inclined surface 32a. The supply sensor 34a includes, for example, a laser light source that emits laser light, and measures the presence or absence of supply of the sample 41 with time based on the laser light that changes when the sample 41 is hit.

また、傾斜面32aの上方には、傾斜面32aを流下又は滑落する試料41を検出する上部到達センサ34b、下部到達センサ34d及び中間部到達センサ34cが、到達センサとして設けられている。上部到達センサ34b、下部到達センサ34d及び中間部到達センサ34cは、例えば、レーザ光を発射するレーザ光源を備えており、試料41に当たることで変化するレーザ光に基づいて、傾斜面32a上を流下又は滑落する試料41を検出する。   Above the inclined surface 32a, an upper arrival sensor 34b, a lower arrival sensor 34d, and an intermediate arrival sensor 34c for detecting the sample 41 flowing down or sliding down the inclined surface 32a are provided as arrival sensors. The upper arrival sensor 34b, the lower arrival sensor 34d, and the middle arrival sensor 34c include, for example, a laser light source that emits laser light, and flow down on the inclined surface 32a based on the laser light that changes when the sample 41 is hit. Alternatively, the sample 41 that slides down is detected.

上部到達センサ34bは、傾斜面32a上の第1地点を流下又は滑落する試料41を検出する。第1地点は、例えば、傾斜面32aの上縁から所定距離(例えば50mm)下がった位置である。下部到達センサ34dは、傾斜面32a上の第2地点を流下又は滑落する試料41を検出する。第2地点は、上部到達センサ34bから傾斜面32aに沿って所定距離(例えば40mm)離間した位置に配置される。   The upper arrival sensor 34b detects the sample 41 flowing down or sliding down the first point on the inclined surface 32a. The first point is, for example, a position that is lower by a predetermined distance (for example, 50 mm) from the upper edge of the inclined surface 32a. The lower arrival sensor 34d detects the sample 41 flowing down or sliding down the second point on the inclined surface 32a. The second point is located at a position separated by a predetermined distance (for example, 40 mm) from the upper arrival sensor 34b along the inclined surface 32a.

中間部到達センサ34cは、第1地点(最上部位置)と第2地点(下部位置)との間の第3地点(上部位置)を流下又は落下する試料41を検出する。本実施形態の場合、第3地点は、傾斜面32aに沿って第1地点から所定距離(例えば20mm)下がった位置とし、第1地点と第2地点との中間に位置している。   The intermediate portion arrival sensor 34c detects the sample 41 flowing down or falling at a third point (upper position) between the first point (uppermost position) and the second point (lower position). In the case of the present embodiment, the third point is a position that is lower by a predetermined distance (for example, 20 mm) from the first point along the inclined surface 32a, and is located between the first point and the second point.

上述した圧力センサ33、供給センサ34a、上部到達センサ34b、下部到達センサ34d及び中間部到達センサ34cは、タイミング記録部37に接続されている。タイミング記録部37は、例えばデータロガー等であり、圧力センサ33、供給センサ34a、上部到達センサ34b、下部到達センサ34d及び中間部到達センサ34cによってそれぞれ試料41の動的な挙動を捉えたときの出力信号を経時的に記録する。これにより、タイミング記録部37は、圧力センサ33、供給センサ34a、上部到達センサ34b、下部到達センサ34d及び中間部到達センサ34cでの試料41の検出タイミングを記録し得る。   The above-described pressure sensor 33, supply sensor 34a, upper arrival sensor 34b, lower arrival sensor 34d, and intermediate arrival sensor 34c are connected to the timing recording unit 37. The timing recording unit 37 is, for example, a data logger or the like, and is used when the dynamic behavior of the sample 41 is captured by the pressure sensor 33, the supply sensor 34a, the upper arrival sensor 34b, the lower arrival sensor 34d, and the middle arrival sensor 34c. The output signal is recorded over time. Thus, the timing recording unit 37 can record the detection timing of the sample 41 at the pressure sensor 33, the supply sensor 34a, the upper arrival sensor 34b, the lower arrival sensor 34d, and the intermediate arrival sensor 34c.

タイミング記録部37は、演算部38に接続されており、圧力センサ33、供給センサ34a、上部到達センサ34b、下部到達センサ34d及び中間部到達センサ34cから取得して記録した各検出結果を演算部38に出力する。   The timing recording unit 37 is connected to the calculation unit 38, and calculates and records each detection result obtained and recorded from the pressure sensor 33, the supply sensor 34a, the upper arrival sensor 34b, the lower arrival sensor 34d, and the middle arrival sensor 34c. 38.

かかる構成に加えて、傾斜面32aの上方には、傾斜面32a上を流下又は滑落する試料41を傾斜面32aの上方から撮像して上面画像を取得する上面カメラ35aが設けられている。例えば、上面カメラ35aは、傾斜面32aを常時撮像してもよく、また、上部到達センサ34bの出力をトリガとして試料41を撮像するようにしてもよい。   In addition to the above configuration, a top surface camera 35a is provided above the inclined surface 32a to capture a sample 41 flowing down or sliding down on the inclined surface 32a from above the inclined surface 32a to acquire an upper surface image. For example, the upper surface camera 35a may always capture an image of the inclined surface 32a, or may capture an image of the sample 41 using the output of the upper arrival sensor 34b as a trigger.

上面カメラ35aは、傾斜面32a上を流下又は滑落する試料41を、傾斜面32aの正面から撮像するように配置されている。これにより、上面カメラ35aは、傾斜面32a上を試料41が流下又は滑落する際に、試料41が傾斜面32a上で拡散してゆく様子をも撮像し得、傾斜面32a上を拡散してゆく試料41の拡散面積を画像内から測定可能な上面画像を取得する。上面カメラ35aは演算部38に接続されており、取得した上面画像を演算部38に出力する。   The top camera 35a is arranged so as to capture an image of the sample 41 flowing down or sliding down on the inclined surface 32a from the front of the inclined surface 32a. Accordingly, when the sample 41 flows down or slides down on the inclined surface 32a, the upper surface camera 35a can also capture an image of the state in which the sample 41 diffuses on the inclined surface 32a, and diffuses on the inclined surface 32a. An upper surface image from which the diffusion area of the sample 41 that can travel can be measured is acquired. The top camera 35a is connected to the calculation unit 38 and outputs the acquired top image to the calculation unit 38.

また、傾斜面32aの側方には、傾斜面32a上を流下又は滑落する試料41を傾斜面32aの側方から撮像して側方画像を取得する側面カメラ35bが設けられている。例えば、側面カメラ35bは、傾斜面32aを側方から常時撮像してもよく、また、中間部到達センサ34cの出力をトリガとして試料41を撮像するようにしてもよい。   A side camera 35b is provided on the side of the inclined surface 32a to capture a sample 41 flowing down or sliding down on the inclined surface 32a from the side of the inclined surface 32a to obtain a lateral image. For example, the side camera 35b may constantly capture an image of the inclined surface 32a from the side, or may capture an image of the sample 41 using the output of the intermediate portion arrival sensor 34c as a trigger.

側面カメラ35bは、傾斜面32a上を試料41が流下又は滑落する際に、試料41を側面側から撮像することで、傾斜面32a上を流下又は滑落する試料41の厚さを画像内から測定可能な側面画像を取得する。側面カメラ35bは演算部38に接続されており、取得した側面画像を演算部38に出力する。   When the sample 41 flows down or slides down on the inclined surface 32a, the side camera 35b measures the thickness of the sample 41 flowing down or sliding down on the inclined surface 32a by imaging the sample 41 from the side surface. Acquire possible side images. The side camera 35b is connected to the calculation unit 38, and outputs the acquired side image to the calculation unit 38.

なお、これら上面カメラ35a及び側面カメラ35bは、動画及び静止画のいずれか一方又は両方を撮影してもよい。また、上面カメラ35a及び側面カメラ35bは、傾斜面32a上を流下又は滑落する試料41の移動に合わせて移動可能に構成するようにしてもよい。   The top camera 35a and the side camera 35b may capture one or both of a moving image and a still image. The top camera 35a and the side camera 35b may be configured to be movable in accordance with the movement of the sample 41 flowing down or sliding down on the inclined surface 32a.

(4−2)演算部について
演算部38は、タイミング記録部37を介して受け取った、圧力センサ33、供給センサ34a、上部到達センサ34b、下部到達センサ34d及び中間部到達センサ34cの各検出結果と、上面カメラ35aから受け取った上面画像と、側面カメラ35bから受け取った側面画像と、から、下記の状態パラメータを算出する。
(4-2) Regarding Calculation Unit The calculation unit 38 obtains the detection results of the pressure sensor 33, the supply sensor 34a, the upper arrival sensor 34b, the lower arrival sensor 34d, and the intermediate arrival sensor 34c received via the timing recording unit 37. From the top image received from the top camera 35a and the side image received from the side camera 35b, the following state parameters are calculated.

本実施形態の場合、演算部38は、(i)傾斜面を流れる試料の所定位置の通過時間、(ii)傾斜面を流れる速度、(iii)厚さ、(iV)拡散面積、(V)摩擦力、(Vi)仕事量、(Vii)仕事率、(Viii)力積、(iX)せん断応力、(X)エネルギー密度、(Xi)パワー密度及び(Xii)エネルギー消費率を、試料の力学的な指標(状態パラメータ)として算出する。   In the case of the present embodiment, the calculation unit 38 calculates (i) the passage time of the sample flowing on the inclined surface at a predetermined position, (ii) the speed flowing on the inclined surface, (iii) the thickness, (iV) the diffusion area, and (V) Friction force, (Vi) work, (Vii) power, (Viii) impulse, (iX) shear stress, (X) energy density, (Xi) power density and (Xii) energy consumption rate It is calculated as a typical index (state parameter).

本実施形態の場合、演算部38は、図17に示すように、通過時間算出部42a、速度算出部42b、厚さ算出部42c、拡散面積算出部42d、摩擦力算出部42e、仕事量算出部42f、仕事率算出部42g、力積算出部42h、せん断応力算出部42i、エネルギー密度算出部42j、パワー密度算出部42k及びエネルギー消費率算出部42lを備えており、各回路部によって、上述した(i)〜(Xii)の状態パラメータを算出する。   In the case of the present embodiment, as shown in FIG. 17, the calculation unit 38 includes a passage time calculation unit 42a, a speed calculation unit 42b, a thickness calculation unit 42c, a diffusion area calculation unit 42d, a friction force calculation unit 42e, and a work amount calculation. Unit 42f, a power calculation unit 42g, an impulse calculation unit 42h, a shear stress calculation unit 42i, an energy density calculation unit 42j, a power density calculation unit 42k, and an energy consumption rate calculation unit 42l. The calculated state parameters (i) to (Xii) are calculated.

ここで演算部38が算出する状態パラメータについて以下説明する。図18は、傾斜部材32を側面方向から見たときの概略図である。図18において、tは、ノズル31aから傾斜面32aに試料41が供給される供給位置での通過時間を示し、供給センサ34aによる試料41の検出タイミングにより取得できる。 Here, the state parameters calculated by the calculation unit 38 will be described below. FIG. 18 is a schematic diagram when the inclined member 32 is viewed from the side. In Figure 18, t 0 denotes the passing time at the feed position where the sample 41 is fed to the inclined surface 32a from the nozzle 31a, it can be obtained by detecting the timing of the sample 41 by the supply sensor 34a.

は、上部到達センサ34bが設置された第1地点を試料41が通過するときの通過時間を示し、上部到達センサ34bによる試料41の検出タイミングにより取得できる。tは、中間部到達センサ34cが設置された第3地点を試料41が通過するときの通過時間を示し、中間部到達センサ34cによる試料41の検出タイミングにより取得できる。tは、下部到達センサ34dが設置された第2地点を試料41が通過するときの通過時間を示し、下部到達センサ34dによる試料41の検出タイミングにより取得できる。通過時間算出部42aは、このようにして上記の(i)通過時間をそれぞれ求めることができる。 t 1 indicates a transit time when the sample 41 passes through the first point where the upper arrival sensor 34b is installed, and can be acquired by the detection timing of the sample 41 by the upper arrival sensor 34b. t 2 is the third point intermediate portion reaching the sensor 34c is installed indicates the passing time when the sample 41 passes, can be obtained by detecting the timing of the sample 41 by the intermediate portion reaches the sensor 34c. t 3 is a second point where the lower reaches sensor 34d is installed indicates the passing time when the sample 41 passes, can be obtained by detecting the timing of the sample 41 by the lower reaches sensor 34d. The passing time calculation unit 42a can thus obtain the above (i) the passing time, respectively.

は、ノズル31aから傾斜面32aに試料41が供給される供給位置と、上部到達センサ34bが設置された第1地点との間での速度[m/s]であり、供給位置及び第1地点の間の距離と、上部到達センサ34bが設置された第1地点までの試料41の通過時間tとから求めることができる。 u 0 is the speed [m / s] between the supply position where the sample 41 is supplied from the nozzle 31a to the inclined surface 32a and the first point where the upper arrival sensor 34b is installed. the distance between the single point can be determined from the transit time of the sample 41 to the first point where the upper reaches sensor 34b is installed t 1 Tokyo.

は、上部到達センサ34bが設置された第1地点と、中間部到達センサ34cが設置された第3地点との間での速度[m/s]であり、第1地点及び第3地点の間の距離と、第1地点及び第3地点の通過時間(t−t)とから求めることができる。 u 1 has a first point where the upper reaches sensor 34b is installed, the speed between the third point intermediate portion reaching the sensor 34c is installed [m / s], the first point and the third point And the transit time (t 2 −t 1 ) between the first point and the third point.

は、中間部到達センサ34cが設置された第3地点と、下部到達センサ34dが設置された第2地点との間での速度[m/s]であり、第3地点及び第2地点の間の距離と、第3地点及び第2地点の通過時間(t−t)とから求めることができる。速度算出部42bは、このようにして上記の(ii)速度をそれぞれ求めることができる。また、これら速度u,u,uから加速度を求めるようにしもてよい。 u 2 is a third point intermediate portion reaching the sensor 34c is installed, the velocity between the second point where the lower reaches sensor 34d is installed [m / s], the third point and a second point And the transit time (t 3 −t 2 ) between the third point and the second point. The speed calculation unit 42b can calculate the above (ii) speeds in this way. Further, the acceleration may be obtained from these velocities u 0 , u 1 , u 2 .

δは試料41の厚さを示し、側面カメラ35bで取得した側面画像に写る試料41の厚みを解析することで求めることができる。側面画像に写る試料41の厚みは、画像解析ソフトを用いることで特定することができる。厚さ算出部42cは、このようにして上記の(iii)厚さを求めることができる。   δ indicates the thickness of the sample 41, which can be obtained by analyzing the thickness of the sample 41 in the side image acquired by the side camera 35b. The thickness of the sample 41 shown in the side image can be specified by using image analysis software. The thickness calculating unit 42c can obtain the above (iii) thickness in this way.

は、供給位置と第1地点との間において傾斜面32a上に拡散する試料41の拡散面積[m]を示し、上面カメラ35aで取得した上面画像に写る試料41の形状を解析することで求めることができる。上面画像に写る試料41の形状は、画像解析ソフトを用いることで特定することができる。Sは、第1地点と第3地点との間において傾斜面32a上に拡散する試料41の拡散面積[m]を示し、上面カメラ35aで取得した上面画像に写る試料41の形状を解析することで求めることができる。Sは、第3地点と第2地点との間において傾斜面32a上に拡散する試料41の拡散面積[m]を示し、上面カメラ35aで取得した上面画像に写る試料41の形状を解析することで求めることができる。拡散面積算出部42dは、このようにして上記の(iV)拡散面積をそれぞれ求めることができる。 S 0 indicates the diffusion area [m 2 ] of the sample 41 diffused on the inclined surface 32a between the supply position and the first point, and analyzes the shape of the sample 41 shown in the upper surface image acquired by the upper surface camera 35a. Can be obtained by: The shape of the sample 41 shown in the upper surface image can be specified by using image analysis software. S 1 indicates the diffusion area [m 2 ] of the sample 41 diffused on the inclined surface 32 a between the first point and the third point, and analyzes the shape of the sample 41 shown in the upper surface image acquired by the upper surface camera 35 a. You can ask for it. S 2 is analyzed diffusion area indicates [m 2], shape of the sample 41 caught on the upper surface image obtained by the upper surface camera 35a of the sample 41 to be spread on the inclined surface 32a between the third and the second points You can ask for it. The diffusion area calculation unit 42d can thus obtain the above (iV) diffusion area.

次に、(V)摩擦力について説明する。ここで、傾斜面32a上に供給される試料41の質量をm[kg]とし、試料41にかかる力をFx[N]とし、摩擦力をf[N]とし、重力加速度をg[m/s]とし、傾斜面32aの水平線からの傾斜角度をθ[度]とすると、次の式(2)及び式(3)で表すことができる。 Next, (V) frictional force will be described. Here, the mass of the sample 41 supplied on the inclined surface 32a is m [kg], the force applied to the sample 41 is Fx [N], the frictional force is f [N], and the gravitational acceleration is g [m / s 2 ] and the angle of inclination of the inclined surface 32 a from the horizontal line is θ [degrees], which can be expressed by the following equations (2) and (3).

式(3)より摩擦力fは、下記の式(4)で表すことができる。なお、ρは密度[g/mL]を示す。   From the equation (3), the frictional force f can be expressed by the following equation (4). Here, ρ indicates the density [g / mL].

摩擦力算出部42eは、このようにして上記の(V)摩擦力を求めることができる。   The frictional force calculation unit 42e can obtain the above (V) frictional force in this manner.

また、仕事量算出部42fは、下記の式(5)より上記の(Vi)仕事量を求めることができる。なお、wは仕事量[J]を示し、Lは、第1地点(最上部位置)と第2地点(下部位置)との距離を示す。   Further, the work amount calculation unit 42f can calculate the above (Vi) work amount from the following equation (5). Note that w indicates the workload [J], and L indicates the distance between the first point (uppermost position) and the second point (lower position).

w[J]=f・L … (5)   w [J] = f · L (5)

仕事率算出部42gは、下記の式(6)より上記の(Vii)仕事率を求めることができる。なお、Pは仕事率[W]を示す。   The power calculator 42g can calculate the above (Vii) power from the following equation (6). Here, P indicates the power [W].

P[W]=w/(t−t) … (6) P [W] = w / (t 3 −t 1 ) (6)

力積算出部42hは、下記の式(7)より上記の(Viii)力積を求めることができる。なお、Iは力積[N・s]を示す。   The impulse calculation unit 42h can obtain the above (Viii) impulse from the following equation (7). Here, I indicates impulse [N · s].

I[N・s]=f・(t−t) … (7) I [N · s] = f · (t 3 −t 1 ) (7)

せん断応力算出部42iは、下記の式(8)より上記の(iX)せん断応力を求めることができる。なお、τはせん断応力[N/m]を示す。 The shear stress calculating unit 42i can calculate the above (iX) shear stress from the following equation (8). Here, τ indicates a shear stress [N / m 3 ].

τ[N/m]=f/(S−S) … (8) τ [N / m 3 ] = f / (S 2 −S 1 ) (8)

エネルギー密度算出部42jは、下記の式(9)より上記の(X)エネルギー密度を求めることができる。なお、jはエネルギー密度[J/m]を示す。 The energy density calculation unit 42j can calculate the above (X) energy density from the following equation (9). Note that j indicates the energy density [J / m 2 ].

j[J/m]=w/(S−S) … (9) j [J / m 2 ] = w / (S 2 −S 1 ) (9)

パワー密度算出部42kは、下記の式(10)より上記の(Xi)パワー密度を求めることができる。なお、pはパワー密度[W/m]を示す。 The power density calculator 42k can calculate the above (Xi) power density from the following equation (10). Here, p indicates the power density [W / m 2 ].

p[W/m]=P/(S−S) … (10) p [W / m 2 ] = P / (S 2 −S 1 ) (10)

エネルギー消費率算出部42lは、下記の式(11)より上記の(Xii)エネルギー消費率を求めることができる。なお、εはエネルギー消費率[W/m]を示す。 The energy consumption rate calculation unit 42l can calculate the above (Xii) energy consumption rate from the following equation (11). Here, ε indicates the energy consumption rate [W / m 3 ].

例えば、図14に示すように、誤嚥が発生しない可能性が高い粘度・せん断速度範囲ER2を目安に、粘度・せん断速度範囲ER2内に含まれる試料1と、粘度・せん断速度範囲ER2内に含まれず誤嚥が発生する試料2とを作製し、計測装置3により状態パラメータをそれぞれ求めた。ここでは、試料1として、市販のドリンクヨーグルト(株式会社明治社製、商品名:明治ブルガリア飲むヨーグルトLB81プレーン)に、加熱した5%山芋水溶液を、最終山芋濃度0.5%になるよう含有させた経口摂取品を作製した。一方、試料2としては、市販のドリンクヨーグルト(株式会社明治社製、商品名:明治ブルガリア飲むヨーグルトLB81プレーン)を用いた。   For example, as shown in FIG. 14, the sample 1 included in the viscosity / shear rate range ER2 and the viscosity / shear rate range ER2 are used as a guide for the viscosity / shear rate range ER2 in which aspiration is unlikely to occur. A sample 2 which was not included and in which aspiration occurred was prepared, and the state parameter was obtained by the measuring device 3. Here, as a sample 1, a commercially available drink yogurt (manufactured by Meiji Co., Ltd., trade name: Yogurt LB81 Plain Drinking Meiji Bulgaria) contains a heated 5% yam aqueous solution to a final yam concentration of 0.5%. Was prepared. On the other hand, as sample 2, a commercially available drink yogurt (manufactured by Meiji Co., Ltd., trade name: Meiji Bulgarian Drink Yogurt LB81 Plain) was used.

このうち、図19は、試料1と試料2とについて、上部到達センサ34bが設置された第1地点での速度uと、中間部到達センサ34cが設置された第3地点での速度uと、下部到達センサ34dが設置された第2地点での速度uとを、計測装置3により求めた結果を示す。図19に示すように、試料1及び試料2では、速度u,u,uについては大きな差は確認することができなかった。 19 shows the speed u 0 at the first point where the upper arrival sensor 34b is installed and the speed u 1 at the third point where the middle arrival sensor 34c is installed. When shows the results of the speed u 2 at the second point where the lower reaches sensor 34d is installed, were determined by measuring device 3. As shown in FIG. 19, in Sample 1 and Sample 2, no large difference could be confirmed between the speeds u 0 , u 1 , and u 2 .

次に、試料1と試料2とについて、第1地点、第3地点、第2地点での各拡散面積S,S,Sについて、計測装置3によりそれぞれ測定したところ、図20に示すような結果が得られた。統計的検定手法の1つである平均の差のt検定の手法を使用して判定を行ったところ、図20(a)(b)(c)に示すように、有意確率がp<0.05となり、第1地点、第3地点及び第2地点で試料1と試料2とで拡散面積S,S,Sに大きな差が表れることが確認できた。以上より、誤嚥を抑制する経口摂取品を開発する際には、拡散面積S,S,Sに着目して作製することが望ましいことが確認できた。なお、図20において、異なるアルファベット記号どうしは、有意な差があることを示している(t検定、有意水準p<0.05)。 Next, as for each of the diffusion areas S 0 , S 1 , and S 2 at the first point, the third point, and the second point with respect to the samples 1 and 2 , the measurement devices 3 respectively measured the diffusion areas. Such a result was obtained. When a determination was made using a t-test of the mean difference, which is one of the statistical test methods, as shown in FIGS. 20 (a), (b), and (c), the significance probability was p <0. It was confirmed that the diffusion areas S 0 , S 1 , and S 2 between Sample 1 and Sample 2 were significantly different at the first point, the third point, and the second point. From the above, it was confirmed that when developing an orally ingestible product that suppresses aspiration, it is desirable to produce the product by paying attention to the diffusion areas S 0 , S 1 , and S 2 . In FIG. 20, different alphabet symbols indicate that there is a significant difference (t test, significance level p <0.05).

(5)経口摂取品開発支援処理手順の概略について
次に、上述した経口摂取品開発支援システム1を用いた経口摂取品開発支援処理手順の概略に関し、図21に示すフローチャートを用いて以下簡単にまとめる。図21に示すように、経口摂取品開発支援方法は、開始ステップからステップS1に移り、頭頸部モデリング部10により動的三次元頭頸部モデル10aを形成し(頭頸部モデリングステップ)、次のステップS2に移る。
(5) Outline of Oral Intake Product Development Support Processing Procedure Next, an outline of an ingestion product development support processing procedure using the above-described ingestion product development support system 1 will be briefly described with reference to the flowchart shown in FIG. Put it together. As shown in FIG. 21, in the method for supporting development of an ingestible product, the process proceeds from the start step to step S1, where the head and neck modeling unit 10 forms a dynamic three-dimensional head and neck model 10a (head and neck modeling step), and the next step Move to S2.

ステップS2では、器官運動設定部30により、動的三次元頭頸部モデル10aにおける各頭頸部器官の運動を設定し(器官運動設定ステップ)、次のステップS3に移る。ステップS3では、解析対象としての経口摂取品及びその物性値を設定し(経口摂取品物性設定ステップ)し、次のステップS4に移る。   In step S2, the organ motion setting unit 30 sets the motion of each head and neck organ in the dynamic three-dimensional head and neck model 10a (organ motion setting step), and proceeds to the next step S3. In step S3, the orally-ingested product to be analyzed and its physical property values are set (orally-ingested product physical property setting step), and the process proceeds to the next step S4.

ステップS4では、動的三次元頭頸部モデル10aの口腔に擬似経口摂取品20を投入し、嚥下シミュレーションを開始して次のステップS5に移る。ステップS5では、運動解析部50によって、動的三次元頭頸部モデル10aにおける各頭頸部器官の運動と、擬似経口摂取品20の嚥下に係る挙動とを、粒子法を用いて三次元画像内で解析し(運動解析ステップ)、次のステップS6に移る。   In step S4, the simulated oral ingestion product 20 is put into the oral cavity of the dynamic three-dimensional head and neck model 10a, a swallowing simulation is started, and the process proceeds to the next step S5. In step S5, the motion analysis unit 50 compares the motion of each head and neck organ in the dynamic three-dimensional head and neck model 10a and the behavior related to swallowing of the simulated ingestible product 20 in a three-dimensional image using the particle method. Analyze (motion analysis step), and proceed to the next step S6.

ステップS6では、動的三次元頭頸部モデル10aでの嚥下時の擬似経口摂取品20の挙動の解析結果から、誤嚥が発生するか否かの判断を行いつつ、食塊量、粘度及びせん断速度のデータを取集する。動的三次元頭頸部モデル10aで誤嚥が発生しているか否かの判断は、例えば、開発者が提示装置4の表示画面に表示された動画面を見て行なう。   In step S6, the amount of bolus, the viscosity, and the shearing rate are determined while determining whether or not aspiration occurs based on the analysis result of the behavior of the simulated oral ingestion product 20 at the time of swallowing in the dynamic three-dimensional head and neck model 10a. Collect speed data. The determination as to whether or not aspiration has occurred in the dynamic three-dimensional head and neck model 10a is performed by, for example, a developer viewing a moving image displayed on the display screen of the presentation device 4.

この際、例えば、物性特定部70は、設定された食塊量毎に粘度及びせん断速度の関係を示したグラフ内に、得られたデータをプロットする。ステップS6において、擬似経口摂取品20の物性値が新たに設定されると、ステップS3に戻り、上述した処理を繰り返す。これにより、物性特定部70は、設定された食塊量毎に粘度及びせん断速度の関係を示したグラフ内に、得られたデータを、その都度、プロットしてゆくことで、誤嚥が発生し難い誤嚥回避分布領域を特定することができる。   At this time, for example, the physical property specifying unit 70 plots the obtained data in a graph showing the relationship between the viscosity and the shear rate for each set amount of bolus. When the physical property value of the simulated oral ingestion product 20 is newly set in step S6, the process returns to step S3, and the above-described processing is repeated. As a result, the physical property specifying unit 70 plots the obtained data in a graph showing the relationship between the viscosity and the shear rate for each set amount of bolus each time, thereby causing aspiration. It is possible to specify an aspiration avoidance distribution region that is difficult to perform.

その後、ステップS7に移り、物性特定部70によって、誤嚥が発生し難い食塊量、粘度及びせん断速度を特定した粘度・せん断速度範囲ER2を特定する(物性特定ステップ)。ここで、粘度・せん断速度範囲ER2は、上述した式(1)中の係数C1、C2をパラメトリックに変化させながら、誤嚥回避分布領域と重なる範囲をフローカーブにより特定することで求める。   After that, the process proceeds to step S7, where the physical property specifying unit 70 specifies the viscosity / shear rate range ER2 that specifies the bolus amount, viscosity, and shear rate at which aspiration is unlikely to occur (physical property specifying step). Here, the viscosity / shear rate range ER2 is determined by specifying a range overlapping with the aspiration avoidance distribution region by a flow curve while changing the coefficients C1 and C2 in the above-described equation (1) parametrically.

ステップS8では、ステップS7で特定した粘度・せん断速度範囲ER2内にある粘度及びせん断速度を有する試料41を作製し(試料準備ステップ)、次のステップS9に移る。ステップS9では、計測装置3を使用して、ステップS8で用意した試料41を傾斜面32aに供給し(供給ステップ)、次のステップS10、ステップS13及びステップS14に移る。ステップS9において、傾斜面32aへの試料41の供給量は、ステップS7で粘度・せん断速度範囲ER2を求めたときの食塊量である。   In step S8, a sample 41 having a viscosity and a shear rate within the viscosity / shear rate range ER2 specified in step S7 is prepared (sample preparation step), and the process proceeds to the next step S9. In step S9, using the measuring device 3, the sample 41 prepared in step S8 is supplied to the inclined surface 32a (supply step), and the process proceeds to the next step S10, step S13, and step S14. In step S9, the supply amount of the sample 41 to the inclined surface 32a is the amount of bolus when the viscosity / shear rate range ER2 is obtained in step S7.

ステップS10では、供給センサ34aによって、試料41の傾斜面32aへの供給タイミングを検出し(供給検出ステップ)、次のステップS11に移る。ステップS11では、到達センサとして設けられた、上部到達センサ34b、下部到達センサ34d及び中間部到達センサ34cにより、傾斜面32aを流下又は滑落する試料41をそれぞれ検出し(到達検出ステップ)、次のステップS12に移る。   In step S10, the supply sensor 34a detects the supply timing of the sample 41 to the inclined surface 32a (supply detection step), and proceeds to the next step S11. In step S11, the sample 41 that flows down or slides down the inclined surface 32a is detected by the upper arrival sensor 34b, the lower arrival sensor 34d, and the middle arrival sensor 34c provided as arrival sensors, respectively (an arrival detection step). Move to step S12.

ステップS12では、ステップS10で供給センサ34aにより得られた検出結果と、ステップS11で上部到達センサ34b、下部到達センサ34d及び中間部到達センサ34cにより得られた検出結果と、をタイミング記録部37に記録し(タイミング記録ステップ)、次のステップS15に移る。   In step S12, the detection result obtained by the supply sensor 34a in step S10 and the detection results obtained by the upper arrival sensor 34b, the lower arrival sensor 34d, and the middle arrival sensor 34c in step S11 are stored in the timing recording unit 37. Recording is performed (timing recording step), and the routine goes to the next step S15.

このとき、ステップS13では、傾斜面32a上を流下又は滑落する試料41を、傾斜面32aの正面から上面カメラ35aで撮像することで上面画像を取得し(上面画像取得ステップ)、次のステップS15に移る。また、ステップS14では、傾斜面32a上を流下又は滑落する試料41を、試料41の側面側から側面カメラ35bで撮像することで側面画像を取得し(側面画像取得ステップ)、次のステップS15に移る。   At this time, in step S13, the upper surface image is acquired by capturing the sample 41 flowing down or sliding down on the inclined surface 32a from the front of the inclined surface 32a by the upper surface camera 35a (upper surface image acquiring step), and the next step S15 Move on to In step S14, a side image is acquired by imaging the sample 41 flowing down or sliding down on the inclined surface 32a from the side surface of the sample 41 with the side camera 35b (side image acquisition step), and the next step S15 is performed. Move on.

ステップS15では、演算部38により、ステップS12、ステップS13及びステップS14で得られたデータを基に演算処理を行い、試料41の物理的な指標を示す状態パラメータ(ここでは、(i)傾斜面を流れる試料の所定位置の通過時間、(ii)傾斜面を流れる速度、(iii)厚さ、(iV)拡散面積、(V)摩擦力、(Vi)仕事量、(Vii)仕事率、(Viii)力積、(iX)せん断応力、(X)エネルギー密度、(Xi)パワー密度及び(Xii)エネルギー消費率)を算出して(演算ステップ)、次のステップS16に移る。ステップS16では、ステップS15で得られた状態パラメータを提示装置4の表示画面に表示等して開発者に状態パラメータを提示し(提示ステップ)、上述した処理を終了する。   In step S15, the arithmetic unit 38 performs an arithmetic process based on the data obtained in steps S12, S13, and S14, and obtains a state parameter (here, (i) inclined surface (i) (Ii) velocity, (iii) thickness, (iV) diffusion area, (V) frictional force, (Vi) work, (Vii) power, Viii) Impulse, (iX) shear stress, (X) energy density, (Xi) power density, and (Xii) energy consumption rate) are calculated (operation step), and the process proceeds to the next step S16. In step S16, the state parameters obtained in step S15 are displayed on the display screen of the presentation device 4 to present the state parameters to the developer (presentation step), and the above-described processing ends.

(6)作用及び効果
以上の構成において、経口摂取品開発支援システム1では、嚥下シミュレーション装置2によって、動的三次元頭頸部モデル10aを三次元画像により形成するとともに、解析対象とする経口摂取品の物性値を設定する。また、嚥下シミュレーション装置2では、経口摂取品を三次元画像内でモデル化した擬似経口摂取品20を動的三次元頭頸部モデル10aで嚥下させたときの各頭頸部器官の運動と、擬似経口摂取品20の嚥下時の挙動と、を粒子法に基づいて三次元画像でシミュレーション解析する。
(6) Function and Effect In the above configuration, in the orally-ingested product development support system 1, the swallowing simulation device 2 forms the dynamic three-dimensional head and neck model 10 a using a three-dimensional image and analyzes the orally-ingested product to be analyzed. Set the physical property values of Further, in the swallowing simulation device 2, the movement of each head and neck organ when swallowing the pseudo oral ingestion product 20 in which the oral ingestion product is modeled in a three-dimensional image by the dynamic three-dimensional head and neck model 10a, The behavior of the ingested product 20 at the time of swallowing is analyzed by simulation using a three-dimensional image based on the particle method.

嚥下シミュレーション装置2では、嚥下シミュレーションの解析結果を基に、誤嚥の抑制を実現する擬似経口摂取品20の食塊量、粘度及びせん断速度を特定することができる。これにより、経口摂取品の開発者は、嚥下シミュレーション装置2により特定された擬似経口摂取品20の粘度及びせん断速度を実現した試料41を用意することができる。   The swallowing simulation apparatus 2 can specify the bolus amount, the viscosity, and the shear rate of the simulated orally ingested product 20 that suppresses aspiration based on the analysis result of the swallowing simulation. Thereby, the developer of the orally-ingested product can prepare the sample 41 in which the viscosity and the shear rate of the simulated orally-ingested product 20 specified by the swallowing simulation device 2 are realized.

計測装置3では、試料41を傾斜面32aに供給し、傾斜面32a上を流下又は滑落する試料41の状態を、供給センサ34a、上部到達センサ34b、下部到達センサ34d及び中間部到達センサ34cで検出するとともに、上面カメラ35a及び側面カメラ35bにより撮像する。   In the measuring device 3, the sample 41 is supplied to the inclined surface 32a, and the state of the sample 41 flowing down or sliding down on the inclined surface 32a is measured by the supply sensor 34a, the upper arrival sensor 34b, the lower arrival sensor 34d, and the middle arrival sensor 34c. At the same time, the image is captured by the upper camera 35a and the side camera 35b.

これにより、計測装置3では、これら供給センサ34a、上部到達センサ34b、下部到達センサ34d及び中間部到達センサ34cにより得られた検出結果と、上面カメラ35a及び側面カメラ35bにより得られた上面画像及び側面画像を基に、傾斜面32a上を流下又は滑落する試料41の状態を表す状態パラメータを演算により算出することができる。   Thereby, in the measuring device 3, the detection results obtained by the supply sensor 34a, the upper arrival sensor 34b, the lower arrival sensor 34d, and the middle arrival sensor 34c, the upper surface image obtained by the upper surface camera 35a and the side camera 35b, and Based on the side image, a state parameter representing the state of the sample 41 flowing down or sliding down on the inclined surface 32a can be calculated by calculation.

従って、経口摂取品開発支援システム1では、誤嚥の抑制を実現し得る具体的な状態パラメータを特定できるため、開発者に対して状態パラメータを基に誤嚥の抑制を実現し易い新しい経口摂取品を容易に開発させることができる。よって、経口摂取品開発支援システム1は、誤嚥の抑制を実現し易い経口摂取品の開発を支援できる。   Therefore, the oral intake product development support system 1 can specify a specific state parameter that can realize the suppression of aspiration, so that a new oral intake that is easy for the developer to suppress the aspiration based on the state parameter can be specified. Products can be easily developed. Therefore, the oral intake product development support system 1 can support the development of an oral intake product that can easily suppress aspiration.

(7)他の実施形態
上述した実施形態においては、所定の嚥下を実現し得る経口摂取品の開発を支援する経口摂取品開発支援システムとして、誤嚥の抑制を実現し易い経口摂取品の開発を支援する経口摂取品開発支援システムについて述べたが、本発明はこれに限らない。例えば、所定の喉ごしや飲み込みを実現し易い経口摂取品の開発を支援する経口摂取品開発支援システムとしてもよい。また、上記の「(2−5)疑似経口摂取品の食塊量、粘度及びせん断速度の解析」にも記載しているように、誤飲・窒息の抑制を実現し易い経口摂取品を開発する経口摂取品開発支援システムとしてもよい。
(7) Other Embodiments In the above-described embodiment, as an orally-ingested product development support system that supports the development of orally-ingested products that can achieve predetermined swallowing, development of orally-ingested products that can easily suppress aspiration is developed. Has been described, but the present invention is not limited to this. For example, an oral intake product development support system that supports the development of an oral intake product that is easy to realize a predetermined throat and swallow may be used. In addition, as described in “(2-5) Analysis of bolus mass, viscosity, and shear rate of simulated orally ingested product”, an orally ingested product that is easy to suppress accidental ingestion and choking is developed. Oral ingestible product development support system.

この場合、所定の喉ごしや飲み込み、誤飲・窒息の抑制を実現している食塊量、粘度及びせん断速度を、嚥下シミュレーション装置2による嚥下シミュレーションの解析結果を基に特定する。これにより、経口摂取品の開発者は、嚥下シミュレーション装置2により特定された擬似経口摂取品20の粘度及びせん断速度を実現した試料41を用意することができる。   In this case, the bolus amount, the viscosity, and the shearing speed that realize the suppression of the predetermined throat, swallowing, accidental ingestion, and suffocation are specified based on the analysis result of the swallowing simulation by the swallowing simulation device 2. Thereby, the developer of the orally-ingested product can prepare the sample 41 in which the viscosity and the shear rate of the simulated orally-ingested product 20 specified by the swallowing simulation device 2 are realized.

そして、計測装置3では、上述した実施形態と同様にして、供給センサ34a、上部到達センサ34b、下部到達センサ34d及び中間部到達センサ34cにより得られた試料の検出結果と、上面カメラ35a及び側面カメラ35bにより得られた上面画像及び側面画像を基に、傾斜面32a上を流下又は滑落する試料41の状態を表す状態パラメータを算出する。   Then, in the measuring device 3, similarly to the above-described embodiment, the detection results of the sample obtained by the supply sensor 34a, the upper arrival sensor 34b, the lower arrival sensor 34d, and the middle arrival sensor 34c, the upper camera 35a and the side surface Based on the upper surface image and the side surface image obtained by the camera 35b, a state parameter representing the state of the sample 41 flowing down or sliding down on the inclined surface 32a is calculated.

これにより、経口摂取品開発支援システム1では、所定の喉ごしや飲み込み、誤飲・窒息の抑制を実現し得る状態パラメータを特定できるため、開発者に対して状態パラメータを基に、所定の喉ごしや飲み込み、誤飲・窒息の抑制を実現し易い新しい経口摂取品を容易に開発させることができる。よって、経口摂取品開発支援システム1は、所定の嚥下を実現し得る経口摂取品の開発を支援できる。   Thereby, the orally-ingested product development support system 1 can specify a state parameter capable of realizing the suppression of a predetermined throat, swallowing, accidental ingestion and suffocation, and thus provides the developer with a predetermined state based on the state parameter. It is possible to easily develop a new orally-ingested product which is easy to suppress throat, swallow, accidental ingestion and suffocation. Therefore, the oral intake product development support system 1 can support the development of an oral intake product that can realize a predetermined swallowing.

また、上述した実施形態においては、タイミング記録部37の出力、側面画像及び上面画像の全てを使用して、傾斜面32a上を流下又は滑落する試料41の状態を表す全ての状態パラメータ((i)傾斜面を流れる試料の所定位置の通過時間、(ii)傾斜面を流れる速度、(iii)厚さ、(iV)拡散面積、(V)摩擦力、(Vi)仕事量、(Vii)仕事率、(Viii)力積、(iX)せん断応力、(X)エネルギー密度、(Xi)パワー密度及び(Xii)エネルギー消費率)を演算する場合について述べたが、本発明はこれに限らない。   In the above-described embodiment, all the state parameters ((i) representing the state of the sample 41 flowing down or sliding down the inclined surface 32a using all of the output, the side image, and the top image of the timing recording unit 37 are used. ) Passage time of the sample flowing on the inclined surface at a predetermined position, (ii) velocity flowing on the inclined surface, (iii) thickness, (iV) diffusion area, (V) frictional force, (Vi) work amount, (Vii) work (Viii) impulse, (iX) shear stress, (X) energy density, (Xi) power density and (Xii) energy consumption rate), but the present invention is not limited to this.

例えば、タイミング記録部37の出力、側面画像及び上面画像の少なくとも1つを使用して、傾斜面32a上を流下又は滑落する試料41の状態を表す状態パラメータのうちいずれかを演算により算出するようにしてもよい。また、上面カメラ35aから取得した上面画像から、状態パラメータとして、試料41の軌跡を求めるようにしてもよい。また、傾斜面32aに圧力検査センサを設け、状態パラメータとして、試料41の圧力を求めるようにしてもよい。さらに、上述の計測値により、状態パラメータとして、試料41のせん断速度を求めても良い。   For example, using at least one of the output of the timing recording unit 37, the side image, and the top image, one of the state parameters representing the state of the sample 41 flowing down or sliding down the inclined surface 32a is calculated by calculation. It may be. Alternatively, the locus of the sample 41 may be obtained as a state parameter from the upper surface image acquired from the upper surface camera 35a. Further, a pressure inspection sensor may be provided on the inclined surface 32a, and the pressure of the sample 41 may be obtained as a state parameter. Further, the shear rate of the sample 41 may be obtained as a state parameter from the above measured values.

また、上述した実施形態においては、嚥下障害者の頭頸部器官を再現した動的三次元頭頸部モデル10aを三次元画像により形成した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば、健常者、乳幼児又は高齢者等の頭頸部器官を再現した動的三次元頭頸部モデルを三次元画像により形成してもよい。   Further, in the above-described embodiment, a case has been described in which the dynamic three-dimensional head and neck model 10a that reproduces the head and neck organ of a dysphagia person is formed by a three-dimensional image, but the present invention is not limited to this. A dynamic three-dimensional head and neck model reproducing head and neck organs of a healthy person, an infant or an elderly person may be formed by a three-dimensional image.

また、上述した実施形態においては、数値流体解析技術として、粒子法を適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らない。例えば、その他の数値流体解析技術としては、解析領域全体を仮想的に格子状に区切り、この格子点もしくは格子の中心の物理量を求める格子法(有限体積法、有限要素法)を適用してもよい。また、粒子法についても本実施形態で採用したMPS法以外に、SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)法などを適用しても同様の解析ができる。   Further, in the above-described embodiment, the case where the particle method is applied as the numerical fluid analysis technique has been described, but the present invention is not limited to this. For example, as other computational fluid analysis techniques, a grid method (finite volume method, finite element method) in which the whole analysis region is virtually divided into a grid and the physical quantity of the grid point or the center of the grid is obtained. Good. Similar analysis can also be performed on the particle method by applying the SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) method or the like in addition to the MPS method adopted in the present embodiment.

1 経口摂取品開発支援システム
2 嚥下シミュレーション装置
3 計測装置
10 頭頸部モデリング部
30 器官運動設定部
40 経口摂取品物性設定部
50 運動解析部
34a 供給センサ
34b 上部到達センサ(到達センサ)
34c 中間部到達センサ(到達センサ)
34d 下部到達センサ(到達センサ)
35a 上面カメラ
35b 側面カメラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ingestion product development support system 2 Swallowing simulation device 3 Measuring device 10 Head and neck modeling unit 30 Organ motion setting unit 40 Ingestion product property setting unit 50 Motion analysis unit 34a Supply sensor 34b Upper arrival sensor (arrival sensor)
34c Intermediate part reaching sensor (reaching sensor)
34d Lower arrival sensor (Arrival sensor)
35a Top camera 35b Side camera

Claims (7)

開発者による経口摂取品の開発を支援する経口摂取品開発支援方法において、
頭頸部器官からなる動的三次元頭頸部モデルを三次元画像により形成する頭頸部モデリングステップと、
解析対象とする前記経口摂取品の物性値を設定する経口摂取品物性設定ステップと、
前記経口摂取品を前記三次元画像内でモデル化した擬似経口摂取品を前記動的三次元頭頸部モデルで嚥下させたときの各前記頭頸部器官の運動と、前記擬似経口摂取品の嚥下時の挙動と、を数値流体解析技術に基づいて前記三次元画像でシミュレーション解析する運動解析ステップと、
前記運動解析ステップの解析結果を基に、所定の嚥下を実現する前記擬似経口摂取品の食塊量、粘度及びせん断速度を特定する物性特定ステップと、
前記物性特定ステップにより特定された前記擬似経口摂取品の前記粘度及び前記せん断速度を実現した試料を用意する試料準備ステップと、
供給部から傾斜面上に前記食塊量の前記試料を供給する供給ステップと、
前記供給部から前記傾斜面上へ供給された前記試料を供給センサにより検出する供給検出ステップと、
前記傾斜面上の所定の地点を流下又は滑落する前記試料を到達センサにより検出する到達検出ステップと、
前記供給センサ及び前記到達センサによる前記試料の検出タイミングをタイミング記録部により記録するタイミング記録ステップと、
前記傾斜面上を流下又は滑落する前記試料を前記傾斜面の上方から上面カメラで撮像して上面画像を取得する上面画像取得ステップと、
前記傾斜面上を流下又は滑落する前記試料を前記傾斜面の側方から側面カメラで撮像して側面画像を取得する側面画像取得ステップと、
前記タイミング記録部の出力、前記側面画像及び前記上面画像の少なくとも1つを使用して、前記傾斜面上を流下又は滑落する前記試料の状態を表す状態パラメータを算出する演算ステップと、
を備え、
前記所定の嚥下を実現する前記経口摂取品の特徴を、前記演算ステップで得られた前記状態パラメータにより示す、経口摂取品開発支援方法。
In the oral ingestion product development support method that supports the development of ingestion products by developers,
A head and neck modeling step of forming a dynamic three dimensional head and neck model comprising head and neck organs from a three dimensional image,
Oral intake physical property setting step of setting the physical property value of the oral intake product to be analyzed,
Movement of each head and neck organ when swallowing the pseudo oral ingested product in which the oral ingested product is modeled in the three-dimensional image with the dynamic three-dimensional head and neck model, and at the time of swallowing the pseudo oral ingested product And a motion analysis step of performing a simulation analysis on the three-dimensional image based on a computational fluid analysis technology,
Based on the analysis results of the motion analysis step, based on the bolus amount, viscosity and shear rate of the simulated oral ingestible product to achieve a predetermined swallowing, physical property identification step,
A sample preparation step of preparing a sample that has achieved the viscosity and the shear rate of the simulated oral ingested product specified by the physical property specifying step,
A supply step of supplying the sample of the bolus amount on the inclined surface from a supply unit,
A supply detection step of detecting the sample supplied from the supply unit onto the inclined surface by a supply sensor,
An arrival detection step of detecting the sample flowing down or sliding down a predetermined point on the inclined surface by an arrival sensor,
A timing recording step of recording the detection timing of the sample by the supply sensor and the arrival sensor by a timing recording unit,
An upper surface image acquiring step of acquiring the upper surface image by imaging the sample flowing down or sliding down on the inclined surface from above the inclined surface with a top camera.
A side image acquisition step of acquiring a side image by imaging the sample flowing down or sliding down on the inclined surface from a side of the inclined surface with a side camera,
Using the output of the timing recording unit, at least one of the side image and the top image, calculating a state parameter representing the state of the sample flowing down or sliding down on the inclined surface,
With
An orally-ingested product development support method, wherein the characteristic of the orally-ingested product realizing the predetermined swallowing is indicated by the state parameter obtained in the calculation step.
前記頭頸部モデリングステップは、
健常者、乳幼児、高齢者又は嚥下障害者の前記頭頸部器官を再現した前記動的三次元頭頸部モデルを前記三次元画像により形成する、
請求項1に記載の経口摂取品開発支援方法。
The head and neck modeling step includes:
Forming the dynamic three-dimensional head and neck model reproducing the head and neck organs of a healthy person, infants, elderly people or dysphagia with the three-dimensional image,
The method for supporting development of an orally-ingested product according to claim 1.
前記物性特定ステップは、
前記所定の嚥下を実現する前記擬似経口摂取品の前記食塊量における前記粘度と前記せん断速度との関係を示したグラフを、前記運動解析ステップの解析結果から生成する、
請求項1又は2に記載の経口摂取品開発支援方法。
The physical property identification step,
A graph showing the relationship between the viscosity and the shear rate in the bolus mass of the simulated oral ingesting product that achieves the predetermined swallowing is generated from the analysis result of the motion analysis step,
The method for supporting development of an oral ingestible product according to claim 1.
前記演算ステップでは、
前記傾斜面上を流下又は滑落する前記試料の、速度、加速度、厚さ、前記傾斜面上の拡散面積及び前記傾斜面上の軌跡と、
前記傾斜面に対する前記試料の、動的接触角、圧力、力、せん断応力及びせん断速度と、
前記傾斜面で消費される仕事量、仕事率、力積、エネルギー密度、パワー密度及びエネルギー消費率と
のうちいずれか1つ以上を、前記状態パラメータとして算出する、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の経口摂取品開発支援方法。
In the calculation step,
Of the sample flowing down or sliding down on the inclined surface, velocity, acceleration, thickness, the diffusion area on the inclined surface and the trajectory on the inclined surface,
The dynamic contact angle, pressure, force, shear stress and shear rate of the sample on the inclined surface,
Work amount consumed on the inclined surface, power, impulse, energy density, power density and energy consumption rate.
The method for supporting development of an ingestible product according to any one of claims 1 to 3.
前記物性特定ステップは、
前記動的三次元頭頸部モデルで前記擬似経口摂取品を嚥下させたシミュレーションにより誤嚥が発生しない前記擬似経口摂取品の前記食塊量、前記粘度及び前記せん断速度を特定する、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の経口摂取品開発支援方法。
The physical property identification step,
The bolus amount, the viscosity and the shear rate of the pseudo-oral ingestion product in which aspiration does not occur by simulation in which the pseudo-oral ingestion product is swallowed in the dynamic three-dimensional head and neck model are specified,
The method for supporting development of an oral ingestible product according to any one of claims 1 to 4.
開発者による経口摂取品の開発を支援する経口摂取品開発支援システムにおいて、
嚥下シミュレーション装置と、試料の運動及び形状を計測する計測装置と、を備え、
前記嚥下シミュレーション装置は、
頭頸部器官からなる動的三次元頭頸部モデルを三次元画像により形成する頭頸部モデリング部と、
解析対象とする前記経口摂取品の物性値を設定する経口摂取品物性設定部と、
前記経口摂取品を前記三次元画像内でモデル化した擬似経口摂取品を前記動的三次元頭頸部モデルで嚥下させたときの各前記頭頸部器官の運動と、前記擬似経口摂取品の嚥下時の挙動と、を数値流体解析技術に基づいて前記三次元画像でシミュレーション解析する運動解析部と、
前記運動解析部の解析結果を基に、所定の嚥下を実現する前記擬似経口摂取品の食塊量、粘度及びせん断速度を特定する物性特定部と、
を備え、
前記計測装置は、
傾斜面を有する傾斜部材と、
前記物性特定部により特定された前記擬似経口摂取品の前記粘度及び前記せん断速度を実現した前記食塊量の試料を、前記傾斜面上に供給する供給部と、
前記供給部から前記傾斜面上へ供給された前記試料を検出する供給センサと、
前記傾斜面上の所定の地点を流下又は滑落する前記試料を検出する到達センサと、
前記供給センサ及び前記到達センサによる前記試料の検出タイミングを記録するタイミング記録部と、
前記傾斜面上を流下又は滑落する前記試料を前記傾斜面の上方から撮像して上面画像を取得する上面カメラと、
前記傾斜面上を流下又は滑落する前記試料を前記傾斜面の側方から撮像して側面画像を取得する側面カメラと、
前記タイミング記録部の出力、前記側面画像、及び前記上面画像の少なくとも1つを使用して、前記傾斜面上を流下又は滑落する前記試料の状態を表す状態パラメータを算出する演算部と、
を備え、
前記所定の嚥下を実現する前記経口摂取品の特徴を、前記演算部で得られた前記状態パラメータにより示す、経口摂取品開発支援システム。
In the ingestion product development support system that supports the development of ingestion products by developers,
Swallowing simulation device, and a measurement device that measures the movement and shape of the sample,
The swallowing simulation device,
A head and neck modeling unit that forms a dynamic three-dimensional head and neck model consisting of head and neck organs from a three-dimensional image,
Oral intake product property setting unit that sets the physical property value of the oral intake product to be analyzed,
Movement of each head and neck organ when swallowing the pseudo oral ingested product in which the oral ingested product is modeled in the three-dimensional image with the dynamic three-dimensional head and neck model, and at the time of swallowing the pseudo oral ingested product And a motion analysis unit for performing a simulation analysis on the three-dimensional image based on the computational fluid analysis technology,
Based on the analysis results of the motion analysis unit, a physical property specifying unit that specifies the bolus amount, viscosity, and shear rate of the simulated oral ingestion product that achieves predetermined swallowing,
With
The measuring device,
An inclined member having an inclined surface,
A supply unit that supplies the sample of the bolus amount that has achieved the viscosity and the shear rate of the simulated oral ingested product specified by the physical property specifying unit on the inclined surface,
A supply sensor for detecting the sample supplied from the supply unit onto the inclined surface,
An arrival sensor that detects the sample flowing down or sliding down a predetermined point on the inclined surface,
A timing recording unit that records the detection timing of the sample by the supply sensor and the arrival sensor,
An upper surface camera that captures the upper surface image by imaging the sample flowing down or sliding down on the inclined surface from above the inclined surface,
A side camera that captures a side image by imaging the sample flowing down or sliding down on the inclined surface from the side of the inclined surface,
An output unit of the timing recording unit, the side image, and using at least one of the top image, a computing unit that calculates a state parameter representing a state of the sample that flows down or slides down on the inclined surface,
With
An orally-ingested product development support system, wherein the characteristic of the orally-ingested product that achieves the predetermined swallowing is indicated by the state parameter obtained by the arithmetic unit.
前記所定の嚥下を実現する前記経口摂取品の特徴として、前記演算部で得られた前記状態パラメータを前記開発者に提示する提示装置を備える、
請求項6に記載の経口摂取品開発支援システム。
As a feature of the orally-ingested product that realizes the predetermined swallowing, a presentation device that presents the state parameter obtained by the arithmetic unit to the developer is provided.
The oral intake product development support system according to claim 6.
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