頭部加速度と咬合力を同時計測するマウスガード型ウェアラブルセンサの作製

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K11773
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 上野 俊明 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 准教授 (30292981)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 和田 敬広 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 助教 (10632317) ; 中禮 宏 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 助教 (50431945) ; 林 海里 東京医科歯科大学, 歯学部附属病院, 特任助教 (30803192)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: マウスガード / ウェアラブルセンサ / フォースセンサ

Outline of Annual Research Achievements

運動時の咬合状態の確認は，筋電図活動の変化に関する報告はあるが，歯列にかかる咬合圧や衝撃圧を測定した報告はない．その測定にはフォースセンサ内蔵マウスガード（MG）型ウェアラブルセンサが有用と考えられるが，開発に至っていない．そこで，本来の防護機能を極力損なうことなく，フォースセンサを埋設し、耐久性や破損事故等にも配慮した形でフォースセンサを左右第一大臼歯部に埋設させたMG型センサデバイスを試作し挙動試験を重ねたうえで、口腔内での実装テストを開始した．
一昨年度、フォースセンサ内臓MG型デバイスを試作し，センサ上下面のMG材の厚みを変化させ、MG材の厚みの変化がセンサ出力の挙動への影響を調べた．センサ上下面それぞれMG材の厚さ変化で圧力センサの出力が変化することが分かり、 MG型ウェアラブルセンサ開発にあたり、センサ上下面それぞれのMG材の厚みに応じた固有の補正が必要であることが明らかとなった．
昨年度より、共同研究者（和田）、研究協力者（金城）らによりフォースセンサとしてFlexi Force（FF：ニッタ）を，試験MG材のエチレン酢酸ビニル共重合体を主成分とするERKOFLEX（ERKODENT）を積層して、MG型センサデバイスを試作した．各実験対象者における予備実験を行い、MG型センサデバイス中に埋設されたフォースセンサの出力と筋電図活動強度の関係性との違いを比較した．
今年度は、共同研究者（和田）、研究協力者（金城）らにより、昨年度より試作を重ねたMG型センサデバイスに耐久性などに対して工夫・改良を加え、倫理審査に基づいて実装試験を行った．MG型センサデバイス中に埋設されたフォースセンサの出力と筋電図活動強度の関係性、時間応答性の違いなどを、顎運動（咬合条件指示運動）と運動中（咬合条件指示なし）において比較し、同時に映像による運動解析システムとの同期性などを確認した．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

一昨年度、ラミネート加工したフォースセンサの挙動データ確認を目的とし、MG型センサデバイスではフォースセンサを熱可塑性樹脂のMGシート材でサンドイッチ加工し、センサ校正を検討した．その結果、「センサ上下面それぞれのMG材の厚みに応じた固有の補正が必要であること」が明らかとなった．
昨年度は、一昨年度の結果とMG型センサデバイスの試作状況から、当初予定した咬合圧負荷試験機構を用いた実験的な手法によるフォースセンサの校正よりも、実装試験においては、各実験対象者それぞれのセンサデバイスでの校正が適していると考えられた．そのため、センサデバイスでの校正に向けたシステム構築の実験ができた．
そこで、今年度はまず「MG型ウェラブルセンサ実装」実験に向けた倫理審査の修正申請を行い、承認を得た．さらに、「実装実験」を行うにあたり、MG型ウェラブルセンサに対して耐久性などに対して工夫・改良を加えた試作を重ねるなどのシステム構築を推進した．その結果、研究対象者に対しての実際の運動中に「実装実験」を行うことができたが、研究成果の発表までは到達しなかったため、研究期間を延長して遂行することとした．

以上を勘案し、全体としては「やや遅れている」と考える．

Strategy for Future Research Activity

当初予定では、「頭部ダミー実験による加速度センサ補正作業と回転加速度アルゴリズムの決定」を行う予定であった．しかしながら、加速度センサの口腔内実装は、マウスガードの持つ防護機能を損なうものであったため、今年度も行わず、今後も行わないこととした．
今年度は、進捗状況に応じた倫理申請の修正を行い、それに従った「MG型ウェラブルセンサ実装」実験を進め、実際の運動中に実装することによるセンサ挙動の確認を進め、システムの構築を推進した．
新年度は、今年度行った「実装実験」の結果の解析を進め、研究成果の発表・報告を行っていくものとする．

Causes of Carryover

当初の予定では、「頭部ダミー実験による加速度センサ補正作業と回転加速度アルゴリズムの決定」を行う予定であったが、フォースセンサのセンシング情報を無線化するシステムとして採用した小型無線多機能システム（TSND151：ATR-Promotions）は加速度・角速度センサ、地磁気センサ、ADコンバータが内蔵されているため、加速度センサの挙動は口腔内実装とせず、この内臓センサでのモニタリングで代用することとした．そのため、「頭部ダミー実験」に伴う予算は今後も使用しないこととした．
この予算は、当初計画を進めた「センサ実装試験」に伴う、同期させる運動解析システムの構築および同時に実装するセンサの作製費用や研究対象者への謝金などにも使用する予定である．また、今後行う予定の成果発表に対して、研究期間を延長しかつその分の予算を「次年度使用額」として成果発表のための論文掲載費や英文校正料に使用することとした。