• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

嚥下運動における協調構造の解明と機能的電気刺激による補助 ・再建技術への応用

Research Project

Project/Area Number 23K25199
Project/Area Number (Other) 22H03945 (2022-2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023)
Section一般
Review Section Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
Research InstitutionTokyo University of Science

Principal Investigator

橋本 卓弥  東京理科大学, 工学部機械工学科, 准教授 (60548163)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 井尻 敬  芝浦工業大学, 工学部, 教授 (30550347)
道脇 幸博  東邦大学, 医学部, 客員教授 (40157540)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥15,860,000 (Direct Cost: ¥12,200,000、Indirect Cost: ¥3,660,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
Keywords嚥下 / 筋骨格モデル / 筋シナジー / 機能的電気刺激
Outline of Research at the Start

高齢者は,加齢や神経筋疾患による認知・運動機能の低下により嚥下障害になりやすく,誤嚥性肺炎により死亡に至る場合が多い.嚥下障害の予防・改善のためには,その運動メカニズムの理解が必要不可欠であるが,嚥下を司る神経筋の役割についてはほとんど明らかになっていない.
本研究では,申請者らがこれまでに培ってきた筋骨格モデルを用いた筋活動解析と4DCTを用いた運動解析とを組み合わせることにより,嚥下運動における運動学シナジーおよび筋シナジーを調査し,嚥下運動に内在する協調構造を明らかにする.さらに,得られた結果を機能的電気刺激による嚥下機能の補助・再建技術に応用することを目的とする.

Outline of Annual Research Achievements

これまでの研究で得られていた4DCT画像を用いて,嚥下運動における筋の協調運動について解析を行い,その制御モデルについて検討を行った.具体的には,まず,昨年度の成果を基に,研究分担者が開発しているRoiPainter4Dを用いて健常被験者8名分の4DCT画像を解析し,嚥下関連器官(舌骨や甲状軟骨)と食塊の運動を計測した.また,研究代表者が開発してきた嚥下筋骨格モデルを用いて筋活動解析を行うと共に,筋シナジー解析を行うことにより,嚥下関連筋に内在する協調構造を調べた.そして,その結果を基に各筋群の制御機構をモデル化し,検証した.この他,健常被験者を対象に,320-ADCTにより咀嚼・嚥下動態の撮像を行った.その結果.以下の3点の成果が得られた.
①筋シナジー解析の結果,シナジー数は平均で3となった.また,舌骨の運動との対比により,各シナジーは舌骨の挙上後退,挙上前進,下降後退の3つの運動に対応していることが分かった.さらに,舌骨の運動と食塊の運動との関係から,嚥下運動は随意運動,嚥下反射,伸張反射の3つの動きで構成され,それぞれの運動が各シナジーに対応すると考えられた.
②①の考察を基に各シナジーにおける筋の制御モデルを考案した.また,そのモデルを用いて筋活性度を求め,嚥下筋骨格モデルによる動力学計算を行ったところ,正常嚥下における舌骨の運動を再現することができた.
③健常被験者10名の咀嚼・嚥下運動の4DCT画像を取得し,咀嚼~嚥下に至る各器官の運動解析を進める準備ができた.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初の予定通り,嚥下の4DCT画像を用いた運動解析と,筋骨格モデルによる筋活動解析により,嚥下関連筋に内在する協調構造を調べることができた.また,その結果を基に筋群の制御モデルについて基礎的な検討を行うことができた.一方,咀嚼~嚥下までの4DCT画像は取得できたものの,まだ十分に解析を進められていない.また,機能的電気刺激(FES)による嚥下機能の補助・再建に関する研究項目についても十分に着手できていない.

Strategy for Future Research Activity

2023年度の実施状況を鑑み,2024年度では以下の3点について重点的に研究を進める.
①新たに取得した複数人の咀嚼・嚥下運動の4DCTデータを用いて運動解析を進め,各運動間や筋活動間に見られる協調構造(シナジー)を調べる.
②2023年度に考案した筋群の制御モデルを深化・発展させ,より生理学的な知見に基づいたモデルを構築すると共に,その妥当性を検証する.
③研究代表者が研究を行っているPVDFフィルム(圧電素子)を用いた嚥下運動計測技術を用いて,咀嚼~嚥下に至る際の筋音,嚥下音,喉頭挙上に関連した信号から咀嚼(随意)~嚥下(不随意)に至る際のタイミングを同定し,機能的電気刺激の刺激タイミングの調整に活用できるようにする.

Report

(2 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (21 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 4 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 6 results)

  • [Journal Article] Development of Human-Size Swallowing Robot2023

    • Author(s)
      Sato Hisaki、Kobayashi Hiroshi、Matsumoto Kenta、Hashimoto Takuya、Michiwaki Yukihiro
    • Journal Title

      Journal of Robotics and Mechatronics

      Volume: 35 Issue: 6 Pages: 1663-1674

    • DOI

      10.20965/jrm.2023.p1663

    • NAID

      130007774697

    • ISSN
      0915-3942, 1883-8049
    • Year and Date
      2023-12-20
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Development and Preliminary Validity Evaluation of Numerical Simulation of Human Swallowing Using a Particle Method2023

    • Author(s)
      KAMIYA Tetsu、TOYAMA Yoshio、HANYU Keigo、KIKUCHI Takahiro、MICHIWAKI Yukihiro
    • Journal Title

      Japan Journal of Food Engineering

      Volume: 24 Issue: 3 Pages: 57-66

    • DOI

      10.11301/jsfe.23628

    • ISSN
      1345-7942, 1884-5924
    • Year and Date
      2023-09-15
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Visualization of Aspiration due to Changes in Rheological and Tribological Parameters Using a Three-Dimensional Swallowing Simulator2023

    • Author(s)
      Kamiya Tetsu、Toyama Yoshio、Hanyu Keigo、Kikuchi Takahiro、Michiwaki Yukihiro
    • Journal Title

      Nihon Reoroji Gakkaishi

      Volume: 51 Issue: 3 Pages: 149-156

    • DOI

      10.1678/rheology.51.149

    • ISSN
      0387-1533, 2186-4586
    • Year and Date
      2023-06-15
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Newtonian and non-Newtonian food bolus behaviors obtained from validated swallowing simulator based on moving particle simulation2023

    • Author(s)
      Kamiya Tetsu、Toyama Yoshio、Hanyu Keigo、Kikuchi Takahiro、Michiwaki Yukihiro
    • Journal Title

      Food Science and Technology Research

      Volume: 29 Issue: 5 Pages: 385-402

    • DOI

      10.3136/fstr.FSTR-D-23-00057

    • ISSN
      1344-6606, 1881-3984
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Identification of muscle activities involved in hyoid bone movement during swallowing using computer simulation2023

    • Author(s)
      Kikuchi Takahiro、Michiwaki Yukihiro、Azegami Hideyuki
    • Journal Title

      Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering: Imaging & Visualization

      Volume: 1 Issue: 5 Pages: 1-12

    • DOI

      10.1080/21681163.2023.2189486

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 嚥下のメカニズム解明に向けた筋骨格モデル解析2024

    • Author(s)
      橋本卓弥
    • Organizer
      第47回日本嚥下医学会総会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Musculoskeletal Model for Analysis of Swallowing Function2024

    • Author(s)
      Takuya Hashimoto
    • Organizer
      The 5th International Bio-Medical Interface Symposium 2024 (IBMI2024)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] SwallowVisionを活用した筋活動と器官の運動の統合的関与の究明2023

    • Author(s)
      道脇幸博,菊地貴博
    • Organizer
      第26回日本口腔・咽頭科学会総会ならびに学術講演会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 嚥下 FES における刺激タイミングと刺激位置に関する研究2023

    • Author(s)
      高井洸烈,橋本卓弥,菊池貴博,道脇幸博
    • Organizer
      LIFE2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 嚥下シミュレーション Swallow Visionに基づく 40 チャンネルの筋活動のシナジー解析2023

    • Author(s)
      菊地貴博,道脇幸博,畔上秀幸
    • Organizer
      LIFE2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 被験者個別の嚥下動態解析を目的とした4DCTの自動セグメンテーション2023

    • Author(s)
      中谷亮太,政木勇人,大竹義人, 谷懿, 崇風まあぜん, 菊地貴博, 井尻敬, 道脇幸博, 佐藤嘉伸
    • Organizer
      第32回日本コンピュータ外科学会大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 嚥下の筋シナジー解析2023

    • Author(s)
      道脇幸博
    • Organizer
      第48回日本嚥下医学会総会ならびに学術講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Revealing Swallowing Mechanics by using Muscle-driven Computer Simulation Created based on Four-dimensional Computed Tomography and Muscle Anatomy2022

    • Author(s)
      Yukihiro Michiwaki, Takahiro Kikuchi and Tetsu Kamiya
    • Organizer
      15th World Congress on Computational Mechanics (WCCM-XV) 8th Asian Pacific Congress on Computational Mechanics (APCOM-VIII)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 嚥下のコンピュータシミュレーションから導出した筋活動のシナジー解析2022

    • Author(s)
      道脇幸博,菊地貴博,神谷哲
    • Organizer
      LIFE2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] PVDF フィルムを用いた嚥下関連信号計測とSVM による嚥下区間の抽出2022

    • Author(s)
      飯田美月,橋本卓弥,菊池貴博,道脇幸博
    • Organizer
      LIFE2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 4次元CT の領域分割による咀嚼嚥下中の食塊と骨・軟組織の可視化2022

    • Author(s)
      道脇幸博
    • Organizer
      第28回摂食嚥下リハビリテーション学会学術大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 4次元CTの領域分割で抽出された嚥下中の食塊の通過経路と臨床応用の可能性2022

    • Author(s)
      小森彩加,須佐千明,道脇幸博,井尻敬,稲本陽子,中川量晴,戸原玄
    • Organizer
      第28回摂食嚥下リハビリテーション学会学術大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 嚥下4DCT画像の領域分割のための曲線制約指定による標準モデル変形手法2022

    • Author(s)
      木村優希, 井尻敬, 橋本卓弥, 道脇幸博
    • Organizer
      Visual Computing 2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] コンピュータシミュレーションから導出した筋活動率を使った嚥下の筋シナジー解析2022

    • Author(s)
      道脇幸博,菊地貴博,舩戸徹郎,前澤仁志
    • Organizer
      第52回日本臨床神経生理学会学術大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 嚥下の筋骨格モデル解析とその応用2022

    • Author(s)
      橋本卓弥
    • Organizer
      第52回日本臨床神経生理学会学術大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] コンピュータシミュレーションから導出した筋活動率を使った嚥下の筋シナジー解析2022

    • Author(s)
      道脇幸博,菊地貴博,橋本卓弥,舩戸徹郎
    • Organizer
      第43回バイオメカニズム学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited

URL: 

Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi