2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of the swallowing rehabilitation system using tongue motion estimation by intraoral electromyography.
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17K13089
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
中谷 真太朗 鳥取大学, 工学研究科, 講師 (10781700)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | リハビリテーションロボット / 舌 / 等張性収縮 / ニューロリハビリテーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，電極を取り付けたマウスピースを用いた口腔内電位の計測によって舌の動作状況を可視化できる舌運動訓練システムの開発である．装置のコンセプトを示すためのシステムの開発は順調に進んだものの，その小型化や臨床試験のための準備等に時間を要した．前年度は，本システムの基本部分である１．口腔内電位変化の計測，２．舌動作状態の判別，３．識別結果を用いたディスプレイ上へのカーソル表示方法のそれぞれの点についてより深く研究を進めた．１．については，マウスピースの電極数を倍増させることによる計測信号の高解像度化と舌の運動モデルを取り入れた解析を進めた．２．については，確率モデルによる多クラス判別法の中に時間フィルタを加える手法を提案し，その効果をオフラインで示した．３．については，参加者に舌を動かしてもらい，カーソルに特定の経路を辿らせる手法と，ターゲットに向かってカーソルを動かしてもらう手法を提案し，参加者の運動能力に合わせて課題の難易度を自動で適切に変化させるための手法についても提案した．こうした要素技術を組み合わせることで，より実用的なシステムを実現できると期待している．
加えて，より積極的な訓練を目指して，舌の上下動時に舌に対して下向きに一定の負荷をかけることができる装置を提案し，開発した．筋力トレーニングにおいて，実際の運動に近い運動訓練を行うことで訓練の効率が上がるとする特異性の原理(specific adaptation to imposed demands)と呼ばれる現象が知られているが，実際の摂食嚥下運動に近い等張性運動についてはこれまであまり着目されていなかった．そこで等張性運動による舌の挙上訓練の実現とその評価のため，舌の挙上運動を担うとされる茎突舌筋に等張性運動を行わせることができる装置を開発した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の目標は以下の３点であった．
1．臨床対応に向けたシステムの小型化・無線化：現在のシステムでは口腔外に大型の生体アンプを接続し，電位変化を記録しているが，実用上は小型化することが望ましい．当初の予定では2018年度までに終了予定であったが遅れている．ただし，すでに無線式の小型アンプは入手しており，一定の目途がついている．
2．嚥下リハビリテーションに向けた舌運動の評価：口腔内の歯茎上から得られる電位変化は，舌の運動強度，特にオトガイ舌筋や茎突舌筋の運動を強く反映していると考えている．そこで，健常者に嚥下リハビリテーションに必要な運動（特に舌の運動，頬の運動，口の運動）を行わせ，その際の電位変化を記録した． 従来，マウスピース上には5個の電極しか設置していなかったが，高い解像度での計測を目的として電極数を11個に倍増させたマウスピースを製作し，さまざまな舌動作の計測を行った．この結果をもとに舌の動作にかかわる筋肉の活動量推定の可能性について検証を進めている．
3．健常者を対象とした舌運動トレーニング：得られた電位変化をもとに，健常者を対象として，被験者に強度変化を見せ自らの運動状態をフィードバックした 場合と，何もフィードバックしなかった場合の介入効果の差について評価する．
当初の予定では視覚フィードバックによる介入効果の検証を予定していたが，より運動能力の向上が見込まれる舌挙上運動の等張性運動を行わせることが可能な装置の利用による介入効果の検証を進めることとした．いずれも臨床試験に向けた予備的な実験を進めており，本年度中に健常者での結果が得られる予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は，以下の3点を目標として研究を進める．
１．臨床対応に向けたシステムの小型化・高機能化：昨年度の目標であった小型無線アンプを利用したシステムの小型化を早急に実施する．既に必要な機材の調達は終了しており，夏ころの完成を目指す．専門家でなくとも使えるようなシステムとすることを目標とする．また，マウスピースの多チャンネル化にも成功していることから，この装置を利用して筋活動のより詳細な評価を進める．
２．舌挙上運動トレーニングシステムの介入研究：健常者を対象とした臨床研究を行い，当該装置を利用することによる運動機能の訓練効果について調査検証を行う．特に，動きを伴うトレーニングがどのような指標に影響を及ぼすことができるのか興味を持っている．
３．舌運動能力の計測結果の応用：脳卒中や脳梗塞などの脳血管障害の評価に舌の運動機能を利用できるとする報告がある．本研究によって計測できる指標を利用することで，より高い性能の診断に利用できる可能性もあり，調査を進める．
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| Causes of Carryover |
健常者の臨床試験のための手続きに時間を要したため，当初計上していた費用を翌年度に繰り越したことによる．
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