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2019 年度 実施状況報告書

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

研究課題

研究課題/領域番号 19K22980
研究機関東京理科大学

研究代表者

橋本 卓弥  東京理科大学, 工学部機械工学科, 講師 (60548163)

研究分担者 道脇 幸博  昭和大学, 歯学部, 兼任講師 (40157540)
研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2022-03-31
キーワード嚥下 / 電気刺激 / 筋骨格モデル / マルチモーダル計測
研究実績の概要

2019年度では,まず,圧電素子の一種であるPVDFフィルムを用いて喉頭挙上の動きが計測できるかどうかについて実験を行った.なお,実験では,PVDFフィルムによる計測信号と喉頭挙上運動との関係性を調べるために,カメラで頸部を側方から撮影し,画像解析により喉頭挙上運動の解析も行った.また,当初は,我々が独自に開発している嚥下筋骨格モデルを用いた嚥下FES(機能的電気刺激)シミュレータの開発を行う予定であったが,方針を変え,まずは,定電流型の機能的電気刺激装置を開発し,電気刺激により実際に喉頭挙上を惹起できるかどうかについて検討を行った.そして,刺激信号のパラメータや電極の貼付位置などを変化させ,喉頭が最も高く挙上するときの条件について検討を行った.その結果,以下の3点を明らかにした.
①PVDFフィルムによる計測信号のうち,低周波成分の信号と喉頭挙上運動との相関が高く,計測信号から喉頭挙上運動のキーフレームを検出できることが分かった.
②機能的電気刺激(FES)で舌骨上筋群を刺激することにより,喉頭挙上の運動を惹起できることを確認した.この際,筋の発揮力は電圧の大きさに比例するが,その発揮力には限界があり,被験者ごとに異なることが分かった.また,舌骨上筋群の左右の筋を個別に刺激した方が大きな挙上量が得られることが分かった.さらに,刺激時間について検討したところ,20 Hzの刺激周波数において1.4 ms程度の刺激時間が適切であることが分かった.
③舌骨上筋群を刺激すると下顎が下降し,喉頭挙上の運動を妨げてしまうことがある.そこで,下顎を意図的に固定するようにしたところ,固定しない場合よりも大きな喉頭挙上量が得られ,下顎を固定することの重要性を確認した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の予定では,まず,嚥下筋骨格モデルを用いた嚥下FESシミュレータに取り組む予定であったが,方針を変更し,機能的電気刺激により喉頭挙上運動を惹起できるかどうかについて検討することとした.方針転換後の進度は予定通りであり,定電流型の機能的電気刺激(FES)装置を製作し,実験により喉頭挙上運動を惹起できることを確かめることができた.また,PVDFフィルムを用いた喉頭挙上計測については当初の予定通りで,PVDFフィルムを頸部に貼付することにより,喉頭挙上運動のキーフレームを検出できることが確認できた.

今後の研究の推進方策

2019年度の実施状況を鑑み,2020年度では以下の3点について重点的に研究を進める.
①PVDFフィルムによるマルチモーダル嚥下運動計測(嚥下音,筋音,喉頭挙上の同時計測)技術を応用し,嚥下意図を検出できるようにする.
②①で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.

次年度使用額が生じた理由

英語論文の英文校正費および投稿料を支出する予定でいたが,年度末までに投稿準備が完了しなかったため,計上しなかった.また,予定していた学会への参加も見送ったため,その分の旅費や参加費も計上しなかった.
現在準備中の英語論文の英文校正費および投稿料に支出予定である.また,国内外の学会参加費も支出予定である.その他,実験協力者への謝金としても支出予定である.

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2019

すべて 学会発表 (5件)

  • [学会発表] Estimation of Muscle Activity Change under Different Bolus Conditions Using Musculoskeletal Model of Swallowing2019

    • 著者名/発表者名
      Mariko Urabe, Takuya Hashimoto, Takahiro Kikuchi, Yukihiro Michiwaki, and Takuji Koike
    • 学会等名
      The 41st International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC’19)
  • [学会発表] Measurement of Laryngeal Elevation using PVDF Film for Multimodal Assessment of Swallowing Function2019

    • 著者名/発表者名
      Takuya Hashimoto
    • 学会等名
      The 41st International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC’19)
  • [学会発表] 筋音計測による咀嚼・嚥下機能の定量的評価に関する研究2019

    • 著者名/発表者名
      橋本卓弥,菊地貴博,道脇幸博
    • 学会等名
      日本機械学会福祉工学シンポジウム2019(LIFE2019)
  • [学会発表] 嚥下のバイオメカニクス解明のための呼吸運動のコンピュータ・シミュレーションの製作2019

    • 著者名/発表者名
      道脇幸博,占部麻理子,菊地貴博,橋本卓弥,神谷哲,外山義雄,井上元幹,高井めぐみ,八尋恒隆
    • 学会等名
      第25回日本摂食嚥下リハビリテーション学会学術大会
  • [学会発表] 嚥下筋骨格モデルを用いた異なる食塊による筋活動変化の推定2019

    • 著者名/発表者名
      占部麻里子,菊地貴博,道脇幸博,小池卓二,橋本卓弥
    • 学会等名
      第25回日本摂食嚥下リハビリテーション学会学術大会

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公開日: 2021-01-27  

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