JP6796860B2 - 人工舌用又は舌部植込型アクチュエータ、人工舌、人工舌システム - Google Patents

Description

本発明は、人工舌用又は舌部植込型アクチュエータ、人工舌、人工舌システムに関する。

従来、進行した舌がんの手術として、舌の一部切除、部分切除、全切除などが、根治手術として行われてきた。舌を全切除すれば、患者の嚥下機能は完全に失われる。そのため、がん組織のない正常な範囲の舌の組織をできるだけ残し、欠損した部分に関しては、腹部の筋、皮下組織を遊離血管とともに切除して、それを欠損した部分に充填し、血管を吻合するという複雑な再建手術が行われてきた。
従来の舌がんの手術は煩雑で患者の侵襲も大きい。また、舌の神経機能は回復していないので、再建された舌は嚥下機能に対して役に立たないという問題がある。

舌がんの手術等に関する技術は、例えば、非特許文献１や非特許文献２に提示されている。舌がんの摘出手術後、嚥下蠕動機能を健康な状態のように再現できないのが実情であり、患者は上手に食事をすることができず、誤飲性肺炎となるケースも多く、最終的には死の転帰をとることも数多い。

特許文献１には、舌がん等により舌の切除をした患者の嚥下補助に用いる人工舌であって、口腔内の下顎歯列内の形状に適合する外形を有するサポート部と、可動部とからなり、可動部は、前舌部材、前舌部材にアームを介して揺動可能に接続された中舌部材、奥舌部材を有する人工舌が記載されている。

特開２０１２−１３５３９２号公報

前田 明輝, 千年 俊一、舌・口腔癌治療の最前線 術後の嚥下機能向上への工夫(解説)：中島 格(久留米大学 医学部耳鼻咽喉科・頭頸部外科学講座)、日本耳鼻咽喉科学会会報、2012年12月、(0030-6622)115巻12号、P.1016-1022 別府 武(癌研有明病院 頭頸部), 川端 一嘉, 三谷 浩樹, 杉谷 巌, 米川 博之, 福島 啓文, 佐々木 徹, 新橋 渉, 酒井 昭博, 松山 洋, 荘司 洋文, 田中 四郎, 塚原 清彰, 吉田 昌史, 小栗 千里, 伏見 千宙, 青木 謙祐, 山崎 恵介, 黒瀬 誠, 吉本 世一, 鎌田 信悦、切除と再建 QOL向上を目指したseamless collaboration 頭頸部癌再建手術におけるSeamless Collaboration(解説)、頭頸部癌、2009年4月、(1349-5747)35巻１号、P.1-4

しかしながら、上述した特許文献１に記載の人工舌は、機械的に複雑な構造を有するという問題がある。また、人工舌を能動的に上手に動かすことが困難であるという問題がある。

本発明の人工舌用又は舌部植込型アクチュエータは、少なくとも以下の構成を具備するものである。
人工舌用又は舌部植込型アクチュエータであって、
電力受信部と、
前記電力受信部からの電力が入力可能に接続された長尺板状の熱電素子（ペルチェ素子など）と、
前記熱電素子の一方の面側に配置され、少なくとも両端部及び中間部分が前記熱電素子に固着され、前記熱電素子の加熱により収縮する又は屈曲する長尺の形状記憶合金と、
前記熱電素子の他方の面側に固着された放熱性を有するヒートシンクと、を備えることを特徴とする。

また、本発明の人工舌は、少なくとも以下の構成を具備するものである。
人工舌は、上記本発明に係るアクチュエータと協働する人工舌用弾性体を有する。

また、本発明の人工舌システムは、少なくとも以下の構成を具備するものである。
人工舌システムは、上記本発明に係る人工舌用又は舌部植込型アクチュエータと、前記電力受信部へ電力を送信する電力送信部と、を有することを特徴とする。

本発明に係る人工舌用又は舌部植込型アクチュエータは、例えば、舌がん摘出術等で舌部の全て又は一部分が機能不全である場合でも、簡単な構成で、人工的に舌部の嚥下機能等を実現することができる。
また、本発明によれば、上記アクチュエータと人工舌用弾性体を有する人工舌を提供することができる。
また、本発明によれば、上記アクチュエータを備えた人工舌システムを提供することができる。

本発明の実施形態に係る人工舌システムの概念図、（ａ）はアクチュエータ非動作時、（ｂ）はアクチュエータ動作時それぞれのアクチュエータの一例を示す図。 本発明の実施形態に係る人工舌システムの電気的な構成を示す機能ブロック図。 本発明の実施形態に係るアクチュエータの可動本体部の一例を示す概念図、（ａ）はアクチュエータ非動作時、（ｂ）はペルチェ素子による形状記憶合金の加熱時のアクチュエータの一例を示す図、（ｃ）はペルチェ素子による形状記憶合金の冷却時のアクチュエータの一例を示す図。 本発明の実施形態に係るアクチュエータの一例を示す斜視図。 本発明の実施形態に係るアクチュエータを有する人工舌の動作の一例を示す概念図。 本発明の実施形態に係るアクチュエータを有する人工舌の動作の一例を示す図、（ａ）は初期時、（ｂ）はアクチュエータの第１の可動本体部の駆動時、（ｃ）は第２の可動本体部の駆動時、（ｄ）は第３の可動本体部の駆動時、（ｅ）は各アクチュエータの非駆動時それぞれを示す図。 本発明の実施形態に係るアクチュエータの一例を示す図、（ａ）はアクチュエータ非駆動時、（ｂ）はペルチェ素子による形状記憶合金の加熱時、（ｃ）はペルチェ素子による形状記憶合金の冷却時をそれぞれ示す図。 図７に示したアクチュエータの可動本体部の一例を示す概念図、（ａ）はアクチュエータ非動作時、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はペルチェ素子による形状記憶合金の加熱時のアクチュエータの動作の一例を示す図、（ｅ）はアクチュエータ非動作時の一例を示す図。 舌部内に配置されたアクチュエータの一例を示す斜視図。 舌部内に配置されたアクチュエータの一例を示す上面概念図。 本発明の実施形態に係るアクチュエータを植え込む手術の一例を示す概念図。 本発明の実施形態に係るアクチュエータの可動本体部の一例を示す断面図。 本発明の一実施形態に係る人工舌システムの概念図、（ａ）はバルーンが収縮状態（弛緩状態）の一例を示す図、（ｂ）はバルーンが拡張状態の一例を示す図。 折り紙型アクチュエータ（動力アクチュエータ）の概念図、（ａ）は形状記憶合金が弛緩時の一例を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の流体出入口側から視認した図、（ｃ）は形状記憶合金が収縮時の一例を示す図、（ｄ）は（ｃ）の液体出入口側から視認した図。

本発明の実施形態に係る人工舌用又は舌部植込型アクチュエータは、電力受信部と、電力受信部からの電力が入力可能に接続された長尺板状の熱電素子（ペルチェ素子）と、熱電素子の一方の面側に配置され、少なくとも両端部及び中間部分が熱電素子に固着され、熱電素子の加熱により収縮する又は屈曲する長尺の形状記憶合金（コイル状、長尺板状など）と、熱電素子の他方の面側に固着された放熱性を有するヒートシンクと、を備える。例えば、人工舌は、上記本発明に係るアクチュエータと協働する人工舌用弾性体を有する。
また、本発明の実施形態に係る人工舌システムは、上記人工舌用又は舌部植込型アクチュエータと、アクチュエータの電力受信部へ電力を送信する電力送信部と、を有する。

例えば、舌がん手術後に、舌の粘膜下の、がん組織を外科的に切除された後、嚥下蠕動運動を具現化するために、がん組織の摘出後の舌粘膜の内部に、上記本発明に係るアクチュエータ等を埋め込み、アクチュエータを能動的に屈曲動作させることにより、嚥下機能を実現することができ、食物塊などの口腔内容物を咽頭喉頭側に送り込むことが可能である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。本発明の実施形態は図示の内容を含むが、これのみに限定されるものではない。なお、以後の各図の説明で、既に説明した部位と共通する部分は同一符号を付して重複説明を一部省略する。

図１に示したように、本発明の実施形態に係る人工舌システム１００は、体内に配置されるアクチュエータ１０と、体外に配置される外部装置２０を有する。外部装置２０からアクチュエータ１０への電力供給としては、電磁誘導方式、共振結合方式、マイクロ波送受信方式などが挙げられる。本実施形態では、電力供給としてコイルを介した電磁誘導方式を採用している。

アクチュエータ１０は、体内の舌部Ｔなどの所定位置に配置された、可動本体部１と、電力受信部１５としての電力受信用コイル（二次コイル（体内コイル））と、電力受信部１５から可動本体部１への電力供給のタイミングなどを制御する体内制御装置１６と、などを有する。アクチュエータ１０の可動本体部１は、人工舌１８の人工舌用弾性体１７内に配置されていてもよい。人工舌用弾性体１７は、口腔内の下顎歯列内の形状に適合する外形や、手術などにより切除された舌部の全部又は一部分を補うような形状に形成されている。弾性体１７は、例えば、シリコンなどの樹脂材料などで構成されている。

アクチュエータ１０の可動本体部１は、細長形状に形成されている。この可動本体部１は、電力受信部１５からの電力に応じて屈曲自在に構成されている。

可動本体部１は、形状記憶合金を有し、電力受信部１５からの電力に応じて形状記憶合金が収縮または伸長することにより、所定の方向に屈曲する。可動本体部１の構造の詳細については後述する。

電力受信部１５としての電力受信用コイル（体内コイル）は、体内制御装置１６の制御により、外部装置２０からの電力を可動本体部１に出力する。

体内制御装置１６は、電力受信部１５から可動本体部１への電力供給のタイミングなどを制御する。

外部装置２０は、電力送信部２１としての送電用コイル（一次コイル（体外コイル））と、電力送信部２１の電力送信タイミングを制御する電力送信制御部２２としての外部制御装置と、などを有する。詳細には、電力送信制御部２２は、直流電源又は交流電源などの電源２３による電力を電力送信部２１へ出力する。

本実施形態では、電磁誘導方式により、電力送信部２１としての送電用コイルから、電力受信部１５としての電力受信用コイルへ電力が供給される。送電用コイルと電力受信用コイルとの距離が遠いほど、電力供給の効率が低下する。本実施形態では、送電用コイルと電力受信用コイルとの間の距離が数ｍｍ〜数ｃｍ程度の場合に電力供給が行われることが好ましい。

図１（ａ）に示したように、電力送信部２１としての送電用コイルと、電力受信部１５としての電力受信用コイルが所定距離以上離れている場合には、アクチュエータの可動本体部１への電力供給が行われず、可動本体部１は屈曲していない状態である。食物塊Ｓなどが食された場合、口腔内の舌部Ｔ上に食物塊Ｓが位置する。

図１（ｂ）に示したように、ユーザが送電用コイルと電力受信用コイルとを数ｍｍ〜数ｃｍ程度に近づけた場合、電力送信部２１としての送電用コイルから、電力受信部１５としての電力受信用コイルへ電力が供給される。電力受信部１５からアクチュエータの可動本体部１への電力が供給され、可動本体部１が屈曲することで、食物塊Ｓが唇Ｌ側から咽頭Ｐ側へ移動して、嚥下機能が実現される。
そして、図１（ａ）に示したように、ユーザが送電用コイルと電力受信用コイルと所定距離以上離間した状態では、アクチュエータの可動本体部１への電力供給が行われず、可動本体部１が元の屈曲しない状態に戻る。
すなわち、ユーザは、電力送信部２１としての送電用コイルと、電力受信部１５としての電力受信用コイルの距離を自ら調整することにより、能動的にアクチュエータの可動本体部１を屈曲動作及び復元動作を行うことができる。

また、図１（ｂ）に示したように、電力送信部２１としての送電用コイルと、電力受信部１５としての電力受信用コイルとを数ｍｍ〜数ｃｍ程度に近づいた状態で、体内制御装置１６や電力送信制御部２２の少なくとも一方、または両方が協働して、電力受信部１５から可動本体部１へ電力供給するタイミングを制御することで、嚥下機能を実現してもよい。

本実施形態では、図２に示したように、アクチュエータが複数の可動本体部１を有し、可動本体部それぞれが並設されている。アクチュエータは、例えば、１〜数１０個程度の可動本体部１を備えていてもよい。図２に示した実施形態では、アクチュエータは、５つの可動本体部１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅを有する。この可動本体部１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅは、唇側から咽頭側へ並設されている。複数の可動本体部それぞれは連結されていてもよいし、所定の距離だけ離れて配置されていてもよい。

図２に示したように、アクチュエータ１０の体内制御装置１６は、電力変換回路１６１、スイッチ部１６２（駆動回路）、制御部１６３、などを有する。
制御部１６３は、電力受信部１５としての電力受信用コイルから電力変換回路１６１を介して出力された電力を、スイッチ部１６２（駆動回路）を制御することにより、複数の可動本体部１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅのいずれか一つ又は複数に供給するタイミングを制御する。また、制御部１６３は、スイッチ部１６２を介して各可動本体部に供給する電流の向きを設定可能であり、可動本体部１内の熱電素子（ペルチェ素子）の発熱や吸熱を制御することで、アクチュエータの可動本体部１の屈曲状態または非屈曲状態を制御することができる。

本実施形態では、図３に示したように、アクチュエータ１０の可動本体部１は、形状記憶合金１１、熱電素子１２、ヒートシンク１３、固着部１４などを有する。形状記憶合金１１上に熱電素子１２が配置され、熱電素子１２上にヒートシンク１３が配置されている。形状記憶合金１１と熱電素子１２は、少なくとも両端部及び中間部分が接着剤などの固着部１４により固着されている。

形状記憶合金１１は、長尺形状やコイル状に形成されており、熱電素子１２の加熱により長手方向に収縮する又は屈曲するように形成されている。本実施形態では、形状記憶合金１１長尺板状に形成されている。

熱電素子１２は、図２に示したように、電力受信部１５に直接又は体内制御装置１６を介して、電力受信部１５からの電力が入力可能に接続されている。熱電素子１２は、長尺板状のペルチェ素子などである。熱電素子１２としてのペルチェ素子は、例えば、一対の板状の金属電極間に、複数のｐ型半導体およびｎ型半導体がπ字型に交互に連結された構造を有する。本実施形態では、熱電素子１２は、図３（ｂ）に示したように、規定方向に直流電流を流した場合、ヒートシンク１３側が吸熱し、形状記憶合金１１側が発熱し、図３（ｃ）に示したように、逆方向（規定方向に対して逆方向）に直流電流を流した場合、ヒートシンク１３側が発熱し、形状記憶合金１１側が吸熱するように構成されている。

ヒートシンク１３は、熱電素子１２の上面側に接着剤などで固着され、放熱性、柔軟性（フレキシブル）を有する。詳細には、本実施形態では、ヒートシンク１３は板状の本体部１３ａと、本体部１３ａから上方に突出した複数の突出部１３ｂとを有する。板状の本体部１３ａは、複数個に分かれて配置されていてもよい。また、ヒートシンク１３の周囲には放熱性を有する材料が設けられていてもよい。また、ヒートシンク１３の形状は、上記実施形態に限られるものではない。

図３（ｂ）に示したように、熱電素子１２に規定方向に直流電流を流した場合、熱電素子１２はヒートシンク１３側が吸熱し、形状記憶合金１１側が発熱するように設けられている。形状記憶合金１１は熱電素子１２からの熱により収縮する。形状記憶合金１１と熱電素子１２の両端部及び中間部分が接着剤などの固着部１４により固着されているので、アクチュエータの可動本体部１は、形状記憶合金１１と熱電素子１２の積層方向に屈曲する。

そして、図３（ｃ）に示したように、熱電素子１２に逆方向（規定方向に対して逆方向）に直流電流を流した場合、ヒートシンク１３側が発熱し、形状記憶合金１１側が吸熱するように設けられている。形状記憶合金１１は伸長し、アクチュエータの可動本体部１は、元の非屈曲状態（長尺板状）となる。
尚、図３（ａ）に示したように、熱電素子１２への印加する電流を０とすることで、形状記憶合金１１が自然に放熱することにより、アクチュエータの可動本体部１が元の非屈曲状態（長尺板状）となってもよい。

また、図４に示したように、ヒートシンク１３の突出部１３ｂは、複数のリング形状に形成され柔軟性を有していてもよい。詳細には、図４に示したアクチュエータの可動本体部１はリング状に形成された突出部１３ｂを備え、上部から外力が加わった場合に柔軟に変形し、外力がない場合に、元の形状に戻るように構成されている。すなわち、図４に示したアクチュエータの可動本体部１のヒートシンク１３は、柔軟性と放熱性を兼ね備えている。

図５、図６等を参照しながら、アクチュエータの可動本体部１と弾性体１７の動作の一例を説明する。図５に示した実施形態では、可動本体部１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、唇Ｌ側から咽頭Ｐ側へ順に配置されている。尚、図５に示した実施形態において、各アクチュエータの可動本体部１Ａ、１Ｂ、１Ｃはそれぞれ連結されていてもよいし、所定の間隔だけ離れて配置されていてもよい。

アクチュエータ非駆動時には、図６（ａ）に示したように、各アクチュエータの可動本体部１Ａ，１Ｂ，１Ｃが非屈曲状態であり、弾性体１７は所定の初期形状となっている。

図６（ｂ）に示したように、第１の可動本体部１Ａを駆動した場合に可動本体部１Ａが屈曲し、図６（ｃ）に示したように、第２の可動本体部１Ｂを駆動した場合に可動本体部１Ａが屈曲し、図６（ｄ）に示したように、第３の可動本体部１Ｃを駆動した場合に可動本体部１Ｃが屈曲し、図６（ｅ）に示したように、各可動本体部を非駆動とした場合に元の初期の形状となる。
図５、図６に示したように、アクチュエータの可動本体部１Ａ、可動本体部１Ｂ、可動本体部１Ｃを、唇Ｌ側から咽頭Ｐ側に順に屈曲するように駆動制御することで、弾性体１７の屈曲頂上部ｔｐが唇Ｌ側から咽頭Ｐ側へ移動するように模擬的に嚥下動作を実現することができる。

図７、図８に示した実施形態では、アクチュエータの可動本体部において、長尺の形状記憶合金１１に複数の熱電素子１２（ペルチェ素子）が固着部１４を介して並設され、各熱電素子１２上にヒートシンク１３が設けられている。また、その可動本体部の周囲には弾性体１７が設けられている。尚、図７に示した内部制御装置としての内部制御部１６０は、各熱電素子１２（ペルチェ素子）に所定のタイミング、且つ、所定の電流の向きで、電源からの直流の電流を供給するスイッチ機能を有するように構成されている。尚、図８には固着部１４を図示していない。

図７、図８に示した形状記憶合金１１は、熱電素子１２（ペルチェ素子）による加熱時に所定の方向に屈曲し、熱電素子１２（ペルチェ素子）による冷却時や非駆動時に、非屈曲状態となるように構成されている。詳細には、図７、図８に示した形状記憶合金１１は、熱電素子１２が固着される面側に位置するとともに熱電素子１２による加熱時に長尺方向の収縮率の小さい部分１１１と、熱電素子１２が固着される面に対して反対の面側に位置するとともに熱電素子１２による加熱時に長尺方向の収縮率の大きい部分１１２とを有する。上記収縮率の小さい部分１１１は、収縮率の大きい部分１１２に対して固着部と略同様の固着機能を有するので、加熱時に収縮率の大きい部分１１２が長尺方向に収縮することにより、形状記憶合金１１が所定の方向に屈曲するように構成されている。尚、上述した収縮率の小さい部分１１１としては、形状記憶合金に限られるものではなく、加熱時の収縮率の小さい又は収縮率の略０の金属部材などであってもよく、接着剤などの固着部により加熱時の収縮率の大きい部分１１２と固着されていてもよい。

次に、図７、図８に示したアクチュエータの動作の一例を説明する。
図７（ａ）に示したように、非駆動時では、熱電素子１２（ペルチェ素子）には電流が供給されていない。
図７（ｂ）に示したように熱電素子１２が形状記憶合金１１を加熱するように電流を各熱電素子１２へ供給した場合、形状記憶合金１１が各熱電素子１２からの熱により、所定の方向に屈曲する。
図７（ｃ）に示したように熱電素子１２が形状記憶合金１１を冷却するように電流を各熱電素子１２へ供給した場合、形状記憶合金１１が初期の非屈曲状態となる。

また、図８に示したように、アクチュエータにおいて、長尺の形状記憶合金１１に複数の熱電素子１２が並設され、弾性体１７の屈曲頂上部ｔｐが唇側から咽頭側に順に屈曲するように、各熱電素子１２（ペルチェ素子）へ供給する電流を制御することで、弾性体１７の屈曲頂上部ｔｐが唇側から咽頭側へ移動するように模擬的に嚥下動作を実現することができる。

アクチュエータの可動本体部１は、口腔内の舌部Ｔ内の所定位置に配置されていてもよい。詳細には、図９に示したように、唇Ｌ側から咽頭Ｐ側に沿って、舌部Ｔ内に３つのアクチュエータの長尺の可動本体部１を埋込まれていてもよい。
また、図１０に示したように、舌先の形状に応じて、隣接するアクチュエータの可動本体部１の間隔が、咽頭Ｐ側と比較して唇Ｌ側のほうが短くなるように配置されていてもよい。アクチュエータの配置は、ユーザの口腔内の形状、手術後の口腔内の状態に応じて適宜配置することが好ましい。

図１１に示したように、本発明の実施形態に係る人工舌システムに用いられるアクチュエータの可動本体部１や弾性体１７が細長形状の棒形状に形成され、電力送信部２１のコイルからの電力を受信する電力受信部１５（コイル）が棒形状（細長形状）に形成され、体内制御装置１６が小型に形成されていてもよい。すなわち、図１１に示した実施形態では、棒形状のアクチュエータ１０や電力受信部１５などを、内視鏡装置などの細長い筒状部を有する器具５００を用いて人体内へ容易に挿入（植込み）可能である。

上述した図３に示した実施形態では、アクチュエータの可動本体部の形状記憶合金は長尺板状に形成されていたが、この形態に限られるものではない。例えば、図１２に示したように、アクチュエータの可動本体部の形状記憶合金１１Ｂ（１１）はコイル状に形成されていてもよい。本実施形態の形状記憶合金１１Ｂ（１１）は、加熱された場合に軸方向の長さが収縮し、冷却時に元の長さに戻るように形成されている。

次に、図１３、図１４を参照しながら、本発明の一実施形態に係る人工舌システム１００を説明する。図１３は本発明の一実施形態に係る人工舌システムの概念図である。詳細には、図１３（ａ）はバルーンが収縮状態（弛緩状態）の一例を示す図であり、図１３（ｂ）はバルーンが拡張状態の一例を示す図である。
図１４は折り紙型アクチュエータ（動力アクチュエータ）の概念図である。詳細には、図１４（ａ）は形状記憶合金が弛緩時の一例を示す斜視図であり、図１４（ｂ）は図１４（ａ）の流体出入口側から視認した図であり、図１４（ｃ）は形状記憶合金が収縮時の一例を示す図であり、図１４（ｄ）は図１４（ｃ）の液体出入口側から視認した図である。
なお、図１３（ａ）、図１３（ｂ）の写真は、発明者により実際に作製された動力アクチュエータ３０１とバルーン型可動部４０１の一例を示している。また、図１４（ｂ）において形状記憶合金については図示していない。

本実施形態に係る人工舌システム１００は、体内に配置されるアクチュエータと、体外に配置される外部装置２０を有する。外部装置２０からアクチュエータへの電力供給としては、電磁誘導方式、共振結合方式、マイクロ波送受信方式などが挙げられる。本実施形態では、電力供給としてコイルを介した電磁誘導方式を採用している。

本実施形態では、体内に配置されるアクチュエータとして、体内の下顎付近内部に設けられる動力アクチュエータ３０１と、体内の舌部付近に設けられ、動力アクチュエータ３０１により駆動されるバルーン型可動部４０１とが分離して配置される。

電力受信部１５としての電力受信用コイル（体内コイル）は、体内制御装置１６の制御により、外部装置２０からの電力を動力アクチュエータ３０１へ出力する。

体内制御装置１６は、電力受信部１５から動力アクチュエータ３０１への電力供給のタイミングなどを制御する。

外部装置２０は、電力送信部２１としての送電用コイル（一次コイル（体外コイル））と、電力送信部２１の電力送信タイミングを制御する電力送信制御部２２としての外部制御装置と、などを有する。詳細には、電力送信制御部２２は、直流電源又は交流電源などの電源２３による電力を電力送信部２１へ出力する。

本発明の一実施形態に係る人工舌用又は舌部植込型アクチュエータは、詳細には、電力受信部１５としての電力受信用コイル（二次コイル（体内コイル））と、内部にシリコンオイルなどの液体を収容する可変容量型容器３０２と、電力受信部１５から供給される電力に応じて可変容量型容器３０２の容量を変化させる形状記憶合金３０３とを備えた動力アクチュエータ３０１と、可変容量型容器３０２に管部材４０３を介して連通され、管部材４０３を介した液体の流入又は流出により可動するバルーン型可動部４０１と、を有する。

動力アクチュエータ３０１（折り紙型アクチュエータ）は、内部に液体を収容する可変容量型容器３０２と、複数の形状記憶合金３０３とを有する。詳細には、可変容量型容器３０２は、中空の多角柱形状や円柱形状などの任意の形状の容器、図１３、図１４に示した例では、中空の三角柱形状の容器であり、内部に液体を収容しており、三角形の一対の面の一方の面に、液体出入口３０２ｈが形成され、その液体出入口３０２ｈに管部材４０３が連結される。可変容量型容器３０２には、図１４に示したように、一対の三角形状の面それぞれの各頂点を、側面に斜めに接続された複数の形状記憶合金３０３が設けられている。可変容量型容器３０２の側面には、図１４（ａ）、図１４（ｂ）に二点鎖線に示したように折曲線部が設けられている。折曲線部は、形状記憶合金に対してねじれの位置となるように形成されている。

本実施形態の人工舌システム１００の動作の一例を説明する。
外部装置２０から電力受信部１５を介して、形状記憶合金３０３に電力（電流）が供給された場合、形状記憶合金３０３が長手方向に収縮して、可変容量型容器３０２の側面が折曲線部にて折曲して、可変容量型容器３０２の容量が縮小し、内部に収容された液体が管部材４０３を介してバルーン型可動部４０１へ流入する。バルーン型可動部４０１は、樹脂などの所定材料からなる弾性体としてのバルーン４０２（人工舌用弾性体）を有し、液体の流入によりバルーン４０２が拡張し、舌部を押上げ、口腔内を狭くする。

外部装置２０からの電力供給が停止した場合、形状記憶合金３０３が弛緩し、バルーン型可動部４０１のバルーン４０２が収縮（弛緩）し、口腔内が広くなり、バルーン４０２から流出した液体が管部材４０３を介して可変容量型容器３０２に流入する。図１４（ａ）、図１３（ａ）に示したように、形状記憶合金３０３が弛緩した状態では、液体の流入により可変容量型容器３０２は、容量が拡大（増大）して、その液体を貯留する。

上述したように、本実施形態では、体内の下顎付近内部に設けられる動力アクチュエータ３０１と、体内の舌部付近に設けられ、動力アクチュエータ３０１により駆動されるバルーン型可動部４０１とが分離して配置されているので、それぞれを最適な位置に配置することができ、バルーン型可動部４０１が比較的小さい場合であっても、液体の流入又は流出によりバルーン型可動部４０１を効率的に駆動することができ、例えば、人工的に舌部の嚥下機能等を実現することができる。

なお、動力アクチュエータ３０１は、供給される電力により容器が伸縮して、内部に収容される液体を、管部材４０３を介してバルーン型可動部４０１へ流入又は流出する構造であれば、上述した実施形態に限られるものではなく、任意の構造であってもよい。

以上、説明したように、本発明の実施形態に係るアクチュエータ１０は、人工舌用アクチュエータや舌部植込型アクチュエータ等である。このアクチュエータ１０は、電力受信部１５と、電力受信部１５からの電力が入力可能に接続された長尺板状の熱電素子１２（ペルチェ素子）と、熱電素子１２の一方の面側に配置され、少なくとも両端部及び中間部分が接着剤などの固着部１４により熱電素子１２に固着され、熱電素子１２の加熱により収縮する又は屈曲する長尺の形状記憶合金１１（コイル状、長尺板状など）と、熱電素子１２の他方の面側に固着された放熱性を有するヒートシンク１３と、を有する。本実施形態では、上述した人工舌用又は舌部植込型アクチュエータ１０は体内に設けられる。
すなわち、例えば、舌がん摘出術等で舌部の全て又は一部分が機能不全である場合でも、簡単な構成で、人工的に舌部の嚥下機能等を実現することができる。

また、本発明の実施形態に係るアクチュエータ１０の形状記憶合金１１は、コイル状、又は長尺板状に形成されている。詳細には、本実施形態では、形状記憶合金１１は、通常時や冷却時と比較して、加熱時に長軸方向の長さが短くなるように形成されている。形状記憶合金１１と熱電素子１２はそれぞれの両端や中間部分が接着剤などの固着部１４により固着さており、熱電素子１２による形状記憶合金１１の加熱時に、形状記憶合金１１の長軸方向の長さが短くなるので、図３（ｂ）に示したように、アクチュエータ１０の形状記憶合金１１側に対して反対側のヒートシンク１３側が凸形状となるように屈曲する。すなわち、簡単な構成で、容易に屈曲可能な人工舌用又は舌部植込型アクチュエータ１０を提供することができる。

また、本発明の実施形態に係るアクチュエータ１０は、熱電素子１２と形状記憶合金１１とが複数並設され（図７、図８参照）、電力受信部１５から並設された各熱電素子１２へ供給する電力の供給タイミングを制御する制御部としての体内制御装置１６を有する。尚、体外に設けられる電力送信制御部２２が、アクチュエータ１０の各熱電素子へ供給する電力の供給タイミングを制御してもよい。この制御部は、例えば、嚥下動作や発音動作などの舌部の動作を模擬するように、並設された各アクチュエータの熱電素子１２へ電力を供給するタイミングを制御することで、人工舌１８の模擬動作を実現することができる。

また、本発明の実施形態に係る人工舌１８は、アクチュエータ１０と協働する人工舌用弾性体１７を有する。詳細には、アクチュエータ駆動時、アクチュエータ１０の屈曲動作に応じて人工舌用弾性体１７が屈曲可能な人工舌１８を提供することができる。

また、本発明の実施形態に係る人工舌システム１００は、上記人工舌用又は舌部植込型アクチュエータ１０と、電力受信部へ電力を送信する電力送信部２１とを有する。本実施形態では、電力送信部２１としてコイルを採用している。すなわち、簡単な構成で、上記アクチュエータ１０を駆動することができる人工舌システム１００を提供することができる。

また、本発明の実施形態に係る人工舌システム１００は、外部装置２０であるコイルなどの電力送信部２１の電力送信タイミングを制御する電力送信制御部２２としての外部制御装置を有する。すなわち、外部制御装置により、体内に設けられた人工舌用又は舌部植込型アクチュエータ１０を所定のタイミングで動作させることができ、人工舌１８が嚥下動作などの模擬動作を行うことができる。

また、本発明の実施形態に係る人工舌システム１００は、例えば、舌がん手術により、舌の粘膜下のがん組織などが外科的に切除された後、嚥下蠕動運動を具現化するため、がん組織の摘出後の舌粘膜などの内部（下部）に埋め込まれた形状記憶合金を用いたアクチュエータなどを有し、舌の嚥下運動を具体化して、口腔内容物を容易に咽頭喉頭に送り込むことができる。

また、本発明の実施形態に係る人工舌システムは、アクチュエータ１０や体内制御装置１６などを、体内の顎部、舌粘膜の下部などに埋め込み可能であり、アクチュエータ１０を駆動制御することにより舌の運動を再現し、口腔内容物を咽頭喉頭へ容易に搬送することができる。

また、上述したように、本発明の実施形態に係る埋込み型の人工舌システム１００は、アクチュエータ１０（駆動アクチュエータ）と、そのアクチュエータ１０（駆動アクチュエータ）にエネルギーを伝送するための経皮エネルギー伝送ユニット（電力受信部１５であるコイルや体内制御装置１６など）が体内に配置される。すなわち、完全体内埋め込み型人工舌駆動システムを提供することができる。

また、本発明の実施形態に係る人工舌システム１００は、口腔内の舌部付近の口唇側から咽頭側に亘ってアクチュエータが並設され、制御部により、口唇側から咽頭側へ順次、形状記憶合金を屈曲動作させるように制御するので、口腔内の食物を搬送する蠕動運動や飲み込む動きを再現することができる。

また、本発明の実施形態に係る人工舌システム１００では、人工舌１８の舌内可動部分であるアクチュエータ１０の可動部分が棒形状（細長形状）に形成され、二次コイルなどの電力受信部１５が棒形状（細長形状）に形成されている。すなわち、棒形状のアクチュエータ１０や電力受信部１５などを、内視鏡装置などを用いて人体内へ容易に挿入（植込み）可能である。また、小型の体内制御装置１６を、内視鏡装置などを用いて人体内へ容易に挿入（植込み）可能である。

また、舌がんの手術後に、大幅にがん組織が切除されて、舌の嚥下機能を失った患者に、舌の動きを植込み型人工舌システムで再現し、飲食物を飲み込んで、食事をとりこんで味わう幸せを患者さんに与え、誤飲を予防して、誤嚥性肺炎の発生を予防し、患者の生命予後を飛躍的に増大させる人工舌システムを提供することができる。

また、舌部への神経の遮断などにより、舌部が動かない等の機能不全が生じている場合であっても、舌部の下部に本発明に係るアクチュエータを埋め込むことにより、ユーザが能動的にアクチュエータを駆動することにより、舌部を動かすことができ、嚥下機能を実現することができる。

また、手術により舌部の全部を削除した場合であっても、口腔内に人工舌用弾性体を備えた人工舌を配置し、その人工舌用弾性体内にアクチュエータ１０を設けることにより、ユーザが能動的にアクチュエータを駆動して人工舌を動かすことができ、嚥下機能を実現することができる。

また、手術により舌部の一部分を切除した場合であっても、舌部の残った部分にアクチュエータ１０を埋め込み、舌部の切除された部分に人工舌用弾性体を備えた人工舌を設け、その人工舌用弾性体内にアクチュエータ１０を設けることにより、ユーザが能動的にアクチュエータを駆動して、舌部の残った部分及び人工舌を動かすことができ、嚥下機能を実現することができる。

また、本発明の実施形態に係る人工舌システムでは、完全埋め込み型の舌の嚥下機能を再現する装置を具現化したので、患者は食事を楽しめ、誤飲することなく、咽ることなく、誤嚥性肺炎を予防でき、生命予後は向上し、社会復帰して働くこともでき、日本の国家経済にも益するところが大変大きい、等の効果を有する。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
また、上述の各図で示した実施形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの記載内容を組み合わせることが可能である。
また、各図の記載内容はそれぞれ独立した実施形態になり得るものであり、本発明の実施形態は各図を組み合わせた一つの実施形態に限定されるものではない。

また、上述したまた、舌粘膜の下部に油圧、水圧、又は空気圧駆動方式のバルーンを埋め込み、油、水、空気などの作動媒体を貯留するタンクから上記アクチュエータの屈曲動作により所定のタイミングで作動媒体を入出力することで、人工的に舌部の機能を実現してよい。

尚、本発明に係るアクチュエータ、人工舌、人工舌システムは、上記実施形態に限られるものではなく、舌がん手術後の嚥下運動の再現に限らず、喉頭蓋、食道、胃管、腸管に用いられてもよい。また、アクチュエータは、埋め込み型で、嚥下、蠕動運動、括約筋機構等に関与するものであってもよい。舌部に特に限定されるものではない。

また本発明に係る植え込み型人工舌システムは、植え込み型人工消化管システムとしても広く用いることができる。

１…可動本体部
１０…アクチュエータ（人工舌用アクチュエータ、舌部植込型アクチュエータ）
１１…形状記憶合金
１２…熱電素子（ペルチェ素子）
１３…ヒートシンク
１４…固着部
１５…電力受信部（二次コイル（体内コイル））
１６…体内制御装置
１７…弾性体（人工舌用弾性体）
１８…人工舌
２０…外部装置
２１…電力送信部（一次コイル（体外コイル））
２２…電力送信制御部（外部制御装置）
２３…電源
１００…人工舌システム
３０１…動力アクチュエータ
３０２…可変容量型容器
４０１…バルーン型可動部
４０２…バルーン（人工舌用弾性体）
４０３…管部材
Ｌ…唇
Ｐ…咽頭
Ｔ…舌部

Claims (7)

1. 人工舌用又は舌部植込型アクチュエータであって、
   電力受信部と、
   前記電力受信部からの電力が入力可能に接続された長尺板状の熱電素子と、
   前記熱電素子の一方の面側に配置され、少なくとも両端部及び中間部分が前記熱電素子に固着され、前記熱電素子の加熱により収縮する又は屈曲する長尺の形状記憶合金と、
   前記熱電素子の他方の面側に固着された放熱性を有するヒートシンクと、を備えることを特徴とする
   人工舌用又は舌部植込型アクチュエータ。
2. 前記形状記憶合金は、コイル状、又は長尺板状であることを特徴とする請求項１に記載の人工舌用又は舌部植込型アクチュエータ。
3. 前記熱電素子と前記形状記憶合金とが複数並設され、
   前記電力受信部から前記並設された熱電素子へ供給する電力の供給タイミングを制御する制御部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の人工舌用又は舌部植込型アクチュエータ。
4. 電力受信部と、
   内部に液体を収容する可変容量型容器と、前記電力受信部から供給される電力に応じて前記可変容量型容器の容量を変化させる形状記憶合金とを備えた動力アクチュエータと、
   前記可変容量型容器に管部材を介して連通され、前記管部材を介した前記液体の流入又は流出により可動するバルーン型可動部と、を有することを特徴とする人工舌用又は舌部植込型アクチュエータ。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載のアクチュエータと協働する人工舌用弾性体を有する人工舌。
6. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の人工舌用又は舌部植込型アクチュエータと、
   前記電力受信部へ電力を送信する電力送信部と、を有することを特徴とする
   人工舌システム。
7. 前記電力送信部の電力送信タイミングを制御する電力送信制御部を有する請求項６に記載の人工舌システム。

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