2019 Fiscal Year Research-status Report
３次元画像を用いた機能統合型嚥下モデルの構築とその評価・応用
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18K09706
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| Research Institution | Iwate Medical University |
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Principal Investigator |
佐原 資謹 岩手医科大学, 歯学部, 教授 (40206008)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
道脇 幸博 昭和大学, 歯学部, 兼任講師 (40157540)
千葉 俊美 岩手医科大学, 歯学部, 教授 (40254784)
橋本 卓弥 東京理科大学, 工学部機械工学科, 講師 (60548163)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 嚥下運動 / CT画像解析 / 舌骨運動軌跡 / 筋電図 / 筋骨格モデル / バイオメカニクス / 誤嚥 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1）生体モデルの基になる医用画像を、2次元画像から３次元画像にupdateする： 320ADCTの画像をもとに、４次元の動画作成可能になり、咀嚼から嚥下までの過程を連続して追うことが可能となった。しかし、放射線の照射時間と被曝量が律速段階となっており、現在のところ５sec 程度が限度となっている。2）嚥下シュミレーションモデルの構築： 筋駆動によって器官の運動を起こす筋駆動型シミュレーションモデルの製作に取り組んでいる。このうち舌骨と甲状軟骨ならびに輪状軟骨の運動について、順解析モデルと逆解析モデル（筋駆動型には、あらかじめ与えた筋活動によって器官が運動して食塊を移送する順解析モデルと、食塊や器官の運動から筋活動を推測する逆解析モデルの2種がある）の作成に成功した。３）正常咀嚼・嚥下における神経・筋の調節機構の解明への応用：咀嚼運動時の下顎骨の運動軌跡から、舌骨上筋群の開口筋の筋長並びに緊張力の変化が、嚥下時の舌骨の運動軌跡から嚥下に関与する骨格筋の筋張力および筋長の変化が推定可能となった。これは、咀嚼・嚥下運動に関わる筋の複雑な動態の把握につながると思われる。また、咀嚼・嚥下運動は、反射、パターン化された運動、随意運動の３つの要素が階層的に組み合わされて作動することから、それぞれの要素についての調節モジュール/回路を考慮し、解明する必要があると思われる。さらに、嚥下障害診断、治療への応用の視点からは、得られたモデルの妥当性の評価、形態のデータと筋電図などの機能データをどこまで説明しうるかを検討することで、誤嚥のバイオメカニクス、加齢変化の説明が可能になるものと期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
1)生体モデルの基になる医用画像を、2次元画像から３次元画像にupdateする：320ADCTの画像をもとに、４次元の動画作成可能になり、咀嚼から嚥下までの過程を連続して追うことが可能となった。しかし、放射線の照射時間と被曝量が律速段階となっており、現在のところ５sec 程度が限度である。２）体の表面から深い位置に存在する筋の活動記録は可能であるが、これら個々の筋の筋活動を分離することは表面電極では困難である。（以前は針電極の刺入により行われていた。）また、嚥下運動は極めて短時間（約２秒）で終了するため、喉頭蓋の軌跡をCT上で追跡することは困難。妥当性の評価を行うための、形態のデータと筋電図などの機能データとを統合には、位置変化情報と、嚥下音、咽頭圧と筋活動の時空間的変化を計測し、嚥下のタイミングから推測ことが必要と思われる。
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| Strategy for Future Research Activity |
１）正常嚥下における神経・筋の調節機構の解明：嚥下の各々の過程について、（１）舌運動のバイオメカニクス研究：舌の送り込み運動に関する解析結果→舌背中央部での進行波的波状運動を示し、現実を動かしている挙動や法則を確認、（２）軟口蓋のバイオメカニクス研究、（３）咽頭壁運動のバイオメカニクス研究、食道入口部のバイオメカニクス研究：VFでは、食塊によって食道入口部の開放を推測しているだけで、食道入口部が見えているわけではない（可視化されてはいない）、（４）声門部のバイオメカニクス研究にも使用できるモデルに精度を上げる。
２）統合型嚥下シュミレーションモデルのパラメターの標準化/最適化とシミュレーションソフトのカスタマイズにより、モデルの一般化と妥当性の検証をおこなう。さらに、Parkinson病、筋ジストロフィー患者から、形態およびCT/MRI画像および自発嚥下時の機能データ（嚥下音、筋電図、咽頭圧）、さらには他の脳データfunctional MRI（fMRI）のデータを収集行い、モデルのシュミレーション結果との比較をすすめる。病状の進行状況の追跡により、各々の疾患の診断基準の標準化、治療結果の予測、嚥下障害の神経・筋機構の解明などが可能になると思われる。
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| Causes of Carryover |
論文投稿に関わる経費（論文投稿料、英文校正費用、出版費用）約３５万円の請求を行なっていたが、引き落としが年度をまたいだため、次年度使用額が生じた。
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[Presentation] Biomechanical simulation of swallowing and aspiration.2019
Author(s)
Y Michiwaki, T Kikuchi, T Kamiya, Y Toyama, M Takai, M Inoue, N Yahiro, M Urabe, T Hashimoto, T Ijiri, H Shinozaki, Y Sahara, S Koshizuka
Organizer
Medical Engineering of Orofacial Laryngopharyngeal Function
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Computer simulation of swallowing to reveal food features related to aspiration,2019
Author(s)
Y Michiwaki, T Kikuchi, T Kamiya, Y Toyama, M Takai, M Inoue, N Yahiro, K Hanyuu, S Koshizuka
Organizer
NSFC-JSPS Joint Symposium Hydrocolloids for Modern Food Function Design,
Int'l Joint Research
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