2019 Fiscal Year Research-status Report
咬合に伴う外耳道の形状変化に基づく次世代イヤホン型咬合力計測装置
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19K12828
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| Research Institution | Hiroshima City University |
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Principal Investigator |
谷口 和弘 広島市立大学, 情報科学研究科, 講師 (30448047)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西川 敦 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (20283731)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 咬合力計測 / イヤホン型センサ / 外耳道 / 光学式計測 / 機能的電気刺激 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、口にセンサや装置を入れることなく（口に食べ物を含んでいても計測できる）、咀嚼筋（頬関節や側頭筋など）の動きを阻害することがなく、使用方法が簡単であり、簡便な装置（イヤホン型センサとマイコン）で咬合力を計測できる装置の開発を目的としている。2019年度は計画通り「咬合力」と「外耳道の動き」を同時計測できる実験装置の開発とその実験結果を用いて外耳道の動きから咬合力を推定する手法の研究開発を行った。開発した実験装置（装置の詳細は「７．現在までの進捗状況」を参照）を用いて、5名の被験者から「外耳道の動き（独自に開発したイヤホン型センサを用いて計測した値）」と「咬筋の表面筋電位」、そして「咬合力（GM-10、長野計器）」の同時計測を１被験者あたり6回行った。その結果からイヤホン型センサ値と咬合力のピアソンの積率相関係数と、EMGの影響を取り除いたイヤホン型センサ値と咬合力の偏相関係数を求めた。また被験者ごとに相関係数および偏相関係数の6回分の平均値を求め、さらにそれらの平均値の絶対値を求めた。絶対値の結果からすべての被験者において相関係数は0.94以上であり強い相関関係が確認された。また、偏相関係数が一番低かった被験者は0.46であり、一番大きかった被験者は0.83であった。こちらでも相関関係が確認された。次に被験者ごとに計測した6回分のデータを用いて単回帰分析することで咬合力の推定を行った。この推定手法（提案手法）を交差検証法により評価した結果、5名の被験者の推定値と実測値を比較した二乗平均平方根誤差は0.034から0.097の値となった。以上の研究成果を第58回日本生体医工学会大会で発表し、また原著論文がSENSORSに採択された。さらに発展研究として、本装置を機能的電気刺激のための制御入力機器に応用することを提案し、生体医工学シンポジウム2019で発表した。
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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
本年度は、当初の計画通り「専用の実験装置」を開発した。この実験装置は、咬合センサとイヤホン型センサのそれぞれで計測したアナログ信号をサンプリング周波数10Hz、分解能12bitsのAnalog Digital(AD)変換器でデジタル信号に変換し、それらデジタル信号と計測時刻とを対応付けて記憶装置に記録することができる。ここで咬合センサには、GM-10（長野計器）を用いた。イヤホン型センサは、インナー型イヤホンの形状をしており、内部に光センサQRE1113（Fairchild Semiconductor International）を取り付けた。光センサには赤外線Light Emitting Diode(LED)とフォトトランジスタが内蔵されており、外耳道内にLEDで赤外光を照射し、外耳道内での反射光をフォトトランジスタで受けることで、噛みしめ時の外耳道の動きを計測した。この実験装置を用いて、「５.研究実績の概要」の成果を挙げることができ、当初の計画通りに研究が進展した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度は、2019年度の研究で明らかになった課題を踏まえ、以下の2つの内容に取り組み、研究成果をまとめる。
（１）咬合力の推定精度の向上を目指し、推定手法の改良を行う。
（２）本研究で開発した実験装置により噛みしめを計測し、それをトリガ信号として、把持動作を再現させる機能的電気刺激(Functional Electrical Stimulation、FES) システムの研究を行う。本システムはリハビリテーション分野への応用が期待できる。
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| Causes of Carryover |
当初購入を予定していた電子部品の購入費が少なく済んだため。
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