2018 Fiscal Year Annual Research Report
深層学習を用いた舌骨上・下筋群の協調パターン解析に基づく嚥下機能評価技術の確立
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18H03557
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
佐々木 誠 岩手大学, 理工学部, 准教授 (80404119)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
玉田 泰嗣 岩手医科大学, 歯学部, 助教 (50633145)
柴本 勇 聖隷クリストファー大学, リハビリテーション学部, 教授 (30458418)
中山 淳 一関工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (70270212)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 嚥下機能 / 舌骨上筋群 / 舌骨下筋群 / 多点表面筋電図 / 深層学習 / 機械学習 / 人工知能 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，舌骨・喉頭の運動を制御する舌骨上筋群と舌骨下筋群の筋活動を，独自開発した44チャンネルフレキシブル電極で計測し，深層学習を用いてその協調パターンを解析することにより，嚥下機能を非侵襲的に評価する新しい手法の開発を進めている．また，食塊の形成・送り込みに重要な舌の機能を3次元的に計測することで，口腔機能との関連性や加齢変化の特徴を解明することを目的としている．
本年度は，まず，研究に必要な設備として，前頸部に装着する44チャンネルフレキシブル電極と3次元舌力測定装置をそれぞれ製作し，全研究期間を通して実施するデータベース構築に着手した．研究倫理審査委員会の承認を受けた後，嚥下障害患者を対象に，嚥下造影検査時の筋活動を同期計測したところ，嚥下造影画像に44個の銀電極が映り込むものの，舌骨・喉頭や食塊の運動を筋活動と同時に問題なく数値化できることが確認された．また，舌骨上筋群と舌骨下筋群の協調パターンに着目した嚥下機能評価法を開発するための第一歩として，若年者と高齢者の嚥下データの計測を実施した．そして，得られた多点表面筋電図を時間領域と周波数領域の特徴量を含む嚥下パターン画像に変換し，深層学習による画像認識を行うことにより，一回嚥下量や物性値の変化に伴う嚥下パターンの違いを，舌骨上筋群と舌骨下筋群の筋活動から評価できる可能性が示された．さらに，3次元舌力測定装置を用いて，嚥下障害者，高齢者，若年者を対象とした舌機能評価を行ったところ，力の安定性や調整能力に舌機能低下が見られる可能性が示唆された．
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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
舌骨上筋群と舌骨下筋群の筋活動を測定するための44チャンネルフレキシブル電極と3次元舌力測定装置を製作し，データベース構築に不可欠な研究設備を整えた．また，嚥下障害者や高齢者を対象にフレキシブル電極の適合性を調査したところ，研究代表者がこれまでに開発した舌骨下筋群用電極では，喉頭下垂に十分に対応できないことが判明したが，基板の再設計により迅速に問題解決を図れた．さらに，データベース構築のための実験プロトコルの検討を行うと同時に，深層学習を用いた嚥下パターン分類法の基礎的な概念を提案し（特許出願済み），その可能性を検証できたことは，本研究課題を進めるうえでの非常に大きな成果といえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
嚥下音や喉頭運動を含むマルチモーダル計測システムを実現し，嚥下データの収集と解析手法の開発を行う．また，舌機能の計測時に，頭部位置をうまく固定できない高齢者も散見されたため，3次元舌力測定装置の頭部固定方法を再検討し，舌機能のデータ収集を継続する．さらに．今年度提案した嚥下パターン分類法における深層学習の条件等を詳細に検討し，精度向上を図るとともに，その成果を国際学術誌等で積極的に発表する．
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