嚥下バイオメカニクスに基づく機能電気刺激による嚥下機能支援システム
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19K22980
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 90:Biomedical engineering and related fields
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
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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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
道脇 幸博 昭和大学, 歯学部, 兼任講師 (40157540)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 嚥下 / 電気刺激 / 筋骨格モデル / マルチモーダル計測 |
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| Outline of Research at the Start |
嚥下障害に対する効果的な治療法として，機能的電気刺激（FES）によって嚥下関連筋を刺激し，喉頭挙上を補助する方法が注目されている．しかし，適切な刺激位置・順序・強度を定める方法は確立されていない．そこで本研究では，申請者らが開発している嚥下筋骨格モデルをベースに，嚥下FESによる喉頭挙上を計算機上で再現可能な嚥下FESシミュレータを開発する．また，嚥下運動に起因する複数の生体信号を同時に計測できるマルチモーダル嚥下機能計測技術を用いて嚥下意図を検出すると共に，嚥下FESによる安定した喉頭挙上制御を実現するための方法論を確立する．これにより，日常生活での嚥下機能補助の可能性が拓けると期待できる．
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年度では，2019年度での成果に基づき，圧電素子の一種であるPVDFフィルムにより，嚥下運動に関する複数の生体信号（嚥下音，筋音，喉頭挙上）を計測可能なマルチモーダル嚥下機能評価デバイスの試作を行った．試作したデバイスでは，4枚のPVDFフィルムをフレキシブル基板上に配置しており，湾曲した頸部に貼付することができる．そして，舌骨上筋群・下筋群の筋音，嚥下音，喉頭挙上を同時に計測することが可能である．また，アンプの小型化も図り，システム全体をコンパクトにした．
機能的電気刺激（FES）による嚥下運動の補助については，電極パッド部を自作できるようにし，形状が複雑な頸部の貼付位置に応じてパッド形状を変えられるようにした．また，刺激電圧や刺激の立ち上がり時間，総刺激時間を変化させ，喉頭挙上量に及ぼす影響について調査した．その結果，以下の2点を明らかにした．
①マルチモーダル嚥下機能評価デバイスを用いて健常者を対象とした水嚥下の測定実験を行った．その結果，舌骨上筋群の活動開始時間から舌骨下筋群の活動開始時間までの時間差が水量に応じて増加することが分かった．同様に，喉頭挙上のピーク時間と嚥下音の第2音の開始時間との差も水量に応じて増加する傾向を示した．
②機能的電気刺激（FES）の刺激電圧に応じて喉頭挙上量は増加する傾向にあるが，刺激による痛みも生じる場合があった．一方，立ち上がり時間を緩やかにすることにより，電圧が高い場合でも痛みが軽減することが分かった．また，刺激位置や刺激パターンに対する喉頭挙上量の変化は個人差が大きいことが分かった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
嚥下運動の計測では，PVDFフィルムを用いたマルチモーダル嚥下機能デバイスを試作することができた．一方，それを応用して嚥下意図を検出するまでには至らなかった．また，機能的電気刺激（FES）を用いた嚥下運動補助については，電極パッドの形状を貼付部位に合わせて変えられるようにした．そして，刺激の立ち上がりを緩やかにすることにより，痛みが軽減することを確認した．一方，刺激位置や刺激パターンに対する喉頭挙上量の変化には個人差が大きく，嚥下運動を補助するための効果的な刺激位置や刺激パターンを決定するまでには至っていない．
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度の実施状況を鑑み，2021年度では以下の3点について重点的に研究を進める．①刺激位置や刺激パターンに対する個人差の影響を調査し，どの被検者であっても十分な喉頭挙上量を実現できるようにする．
②PVDFフィルムによるマルチモーダル嚥下運動計測技術を応用し，嚥下意図を検出できるようにすると共に，検出した嚥下意図に基づいてFESによる刺激タイミングを調整できるようにする．
③嚥下筋骨格モデルによる解析結果を基にして効果的な刺激位置や刺激パターンについて検討を行う．
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Report
(2 results)
Research Products
(8 results)
