2019 Fiscal Year Research-status Report
生体内ウェアラブル測定装置による義歯床下荷重解析に基づく最適義歯設計の探索
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18K09651
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
依田 信裕 東北大学, 大学病院, 講師 (20451601)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 浩之 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (40451992)
末永 華子 東北大学, 歯学研究科, 助教 (00508939) [Withdrawn]
川田 哲男 東北大学, 歯学研究科, 大学院非常勤講師 (80292225)
佐々木 啓一 東北大学, 歯学研究科, 教授 (30178644)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 咬合力 / 荷重センサ / 部分床義歯 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
小型ウェアラブル咬合力測定器における口腔内のセンサノードは，咬合による圧力をデジタル信号に変換し無線通信で外部に送信する方式とし，このバッテリーレス動作を実現のため無線通信部の低消費電力化について，180nm Si CMOSプロセスで開発済の低電力インパルス無線送信機の利用可能性を検討した．これまでの解析で，3kbpsの場合の消費電力は0.34μWであり，無線による十分な給電の可能性を示された（出力電力は-45.7dBm，電力効率は7.8%）．しかし、本送信機の出力インパルスの中心周波数は約700MHz，帯域は約200MHzであり，アンテナを設計すると数十cm角となり，口腔内で利用できるようにするためにはアンテナの小型化が必須であることが明らかとなっている．
現時点ではバッテリーレス・ケーブルレス化には課題が多いのが現状であり，研究期間において口腔内臨床応用の可能性を鑑み，第一段階としてより消費電力の小さい加速度センサを使用した下顎運動測定装置の開発を試みた．９軸センサモジュールMPU-9250（InvenSense Inc., CA, USA）を簡易型ヘッドギアと自作のオクルーザルスプリントにそれぞれ一つずつ装着し，口腔内マウスピース前方に装着された加速度センサにより下顎運動の3軸方向の加速度に応じた電圧信号を解析することで，下顎運動時の下顎の加速度を計測可能であった．現時点でこの信号の無線利用の可能性を検索中である．また，口腔内デバイスへの電力供給を人間の咬合力を利用したエネルギーハーベスティングシステム（東工大開発）である，歯列上マウスガード型バイオセンサの応用も考慮している．この圧電型口腔内発電シートを応用し，咬みしめにより発電される微少電力から，同部に加わる咬合力の大きさを算出する方法の検討も開始した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
口腔内応用可能な荷重測定装置に装着するセンサ部分の開発が当初の予定より遅れている．圧電型口腔内発電シートの口腔内応用形状が決定することで，現在の進捗の遅れが回復できると見込まれる．
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| Strategy for Future Research Activity |
現在口腔内応用のために開発している測定センサのウェアラブル化を試みる．具体的には，アンテナの小型化として小型コイルによる磁界結合を利用する，あるいは高周波化を試みる（現時点で検討中）．測定装置の開発がある程度進行したら，センサ出力特性の検証へ移行する．すなわち歯列顎模型を用いベンチテストを実施する（東北大学大学院歯学研究科）．エポキシレジン製歯列顎模型（Nissin社製）を使用し，万能試験機 （Instron 5685）により負荷を加え，既知の荷重量と開発したセンサの出力の相関を分析する．その際，0～100 Nの荷重の脱負荷を繰り返し，センサ出力に対するヒステリシスの影響，温度がセンサ出力に与える影響を算出する．さらに出力特性を基に，多様な方向の力に対応可能なセンサの口腔内設置に対する最適方法を検討する．
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| Causes of Carryover |
本年度はほぼ計画通りに使用できたが，荷重測定装置自体の開発が遅れたため，実験の一部が未だ実施できておらず，当該助成金が生じた．
次年度は，請求した助成金と合わせて，本年度実施できなかった測定装置校正実験の実施のために使用予定である．
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