(57)【要約】【課題】  嚥下のメカニズムを解明すべく嚥下動作をロボットによって再現する。【解決手段】  嚥下ロボット装置は、口腔期においては、板バネ１２の舌尖側の取り付け孔１２を凹状に変形し、その位置の形状を元に戻すと共に隣り合う舌根側の取り付け孔１２位置を凹状に変形することを、舌尖側の位置から前記舌根側の位置まで順次行う。その結果、舌部材１０の舌背１０Ａが舌尖方向から順に隆起して、舌部材１０と上顎部材１６０との間にある食塊が、咽頭壁シート１２０の方向へ運搬される。【選択図】  図１１
2006039311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体の舌骨を模した舌骨部材と、
被嚥下物の嚥下方向に沿って配置された板状弾性体を備えると共に嚥下方向下端部が前記舌骨部材に固定された舌状部材と、
前記舌状部材の嚥下方向上流側部分の上面に対向して配置された上顎部材と、
前記舌状部材の嚥下方向下流側部分を覆う咽頭壁シート材と、
前記舌状部材の嚥下方向下流側部分を複数箇所で押圧するように嚥下方向に沿って前記咽頭壁シート材の外側に配置された複数の押圧部材と、
前記板状弾性体を変形させて前記舌状部材の嚥下方向上流側部分を蠕動運動させる蠕動運動手段と、
前記蠕動運動手段による蠕動運動に連動させて前記咽頭壁シート材の上側から嚥下方向に沿って複数箇所で押圧するように前記複数の押圧部材を連動させる押圧運動手段と、
前記押圧運動手段による前記押圧部材の運動に連動させて前記舌骨部材を揺動運動させる揺動運動手段と、
を備えた嚥下ロボット装置。
【請求項２】
前記舌骨部材に連結し、気道入口孔を有する輪状軟骨部材と、
前記舌骨部材の揺動運動に連動して、前記輪状軟骨部材の気道入口孔を塞ぐ口頭蓋軟骨部材と、
を更に備えた請求項１に記載の嚥下ロボット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、嚥下ロボット装置に係り、特に、人が物を舌で運んで飲み込むまでの動作を再現した嚥下ロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高齢化社会の急激な進行と共に脳疾患などによって「飲み込みの障害（嚥下障害）」を有する患者が増加している。一方、嚥下運動の仕組みや嚥下障害の病態が十分に解明されていないため、嚥下障害に対して十分な対応ができていないのが現状である。これは、嚥下が体の内側で起こっているために直接観察できないこと、嚥下運動の大半が反射運動であること、に起因する。
【０００３】
近年、嚥下動作を調べる方法として、Ｘ線ビデオ画像処理、超音波診断、高速シネＭＲＩなどが開発されている。なお、高速シネＭＲＩとは、時間分解能を上げて空間分解能を下げて嚥下動作を何度も撮影することで、全体の画像を構築する方法をいう。
【０００４】
また、特許文献１では、正確な測定結果を得るのが容易な咀嚼モニタ装置が開示されている。特許文献１に記載された技術は、咀嚼力計算手段により計算された咀嚼力に基づいて、被測定対象が咀嚼している物が嚥下可能な状態になったか否かを判断するものである。
【特許文献１】特開２００４−５７５８５号公報（請求項４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
Ｘ線ビデオ画像処理では、Ｘ線の性質により軟組織の抽出が困難である。また、平面画像しか得られないため、嚥下動作の主体である舌や咽頭などの詳細な運動を明らかにするのが困難である。超音波診断では、材質が均一でないと描出しにくくなるために、骨、軟骨、軟組織で構成される口腔、咽頭、喉頭では画質が低下してしまう。また、高速シネＭＲＩでは、嚥下動作を何度も撮影する手間がかかってしまう。さらに、特許文献１では、咀嚼している物が嚥下可能な状態になったか否かを判断することができても、嚥下のメカニズムまでは分からなかった。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するために提案されたものであり、嚥下のメカニズムを解明すべく嚥下動作をロボットによって再現できる嚥下ロボット装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る嚥下ロボット装置は、人体の舌骨を模した舌骨部材と、被嚥下物の嚥下方向に沿って配置された板状弾性体を備えると共に嚥下方向下端部が前記舌骨部材に固定された舌状部材と、前記舌状部材の嚥下方向上流側部分の上面に対向して配置された上顎部材と、前記舌状部材の嚥下方向下流側部分を覆う咽頭壁シート材と、前記舌状部材の嚥下方向下流側部分を複数箇所で押圧するように嚥下方向に沿って前記咽頭壁シート材の外側に配置された複数の押圧部材と、前記板状弾性体を変形させて前記舌状部材の嚥下方向上流側部分を蠕動運動させる蠕動運動手段と、前記蠕動運動手段による蠕動運動に連動させて前記咽頭壁シート材の上側から嚥下方向に沿って複数箇所で押圧するように前記複数の押圧部材を連動させる押圧運動手段と、前記押圧運動手段による前記押圧部材の運動に連動させて前記舌骨部材を揺動運動させる揺動運動手段と、を備えている。
【０００８】
舌骨部材は、人体の舌骨を模したものであり、例えばコの字形状であるのが好ましい。
【０００９】
舌状部材は、被嚥下物の嚥下方向に沿って配置された板状弾性体を備えている。この板状弾性体が変形すると、それに応じて舌状部材も変形する。また、舌状部材は、嚥下方向下端部が舌骨部材に固定されている。これにより、舌状部材は、舌骨部材と共に移動する。
【００１０】
上顎部材は、舌状部材の嚥下方向上流側部分の上面に対向して配置されている。上顎部材は、舌状部材の嚥下方向上流側部分の上面に対して、相対的に所定の圧力がかかった状態で接しているとよい。また、上顎部材は、食塊の動きが分かるように、透明であるのが好ましい。
【００１１】
咽頭壁シート材は、上顎部材の続きとして、前記舌状部材の嚥下方向下流側部分を覆っている。咽頭壁シート材は、食塊の動きが分かるように、透明であるのが好ましい。
【００１２】
複数の押圧部材は、嚥下方向に沿って咽頭壁シート材の外側に配置されており、舌状部材の嚥下方向下流側部分の複数箇所を押圧する。
【００１３】
蠕動運動手段は、板状弾性体を変形させて、舌状部材の嚥下方向上流側部分を蠕動運動させる。これにより、食塊が舌状部材と上顎部材との間にあるときは、その食塊は嚥下方向へと運搬される。
【００１４】
押圧運動手段は、蠕動運動手段による蠕動運動に連動させて、咽頭壁シート材の上側から嚥下方向に沿って複数箇所で押圧するように、複数の押圧部材を連動させる。これにより、食塊が舌状部材と咽頭壁シート材との間にある場合、その食塊は、舌根方向である嚥下方向へ運搬される。
【００１５】
さらに、揺動運動手段は、押圧運動手段による押圧部材の運動に連動させて舌骨部材を揺動運動させる。このとき、揺動運動手段は、舌骨部材を舌尖方向に移動させる共に当該舌骨部材を所定角度下向きに傾斜させて揺動するのが好ましい。
【００１６】
したがって、本発明に係る嚥下ロボット装置は、舌状部材と上顎部材との間にある食塊を運搬する口腔期を再現し、さらに、舌状部材と咽頭壁シート材との間にある食塊を運搬する咽頭期を再現することができる。
【００１７】
ここで、上記嚥下ロボット装置は、前記舌骨部材に連結し、気道入口孔を有する輪状軟骨部材と、前記舌骨部材の揺動運動に連動して、前記輪状軟骨部材の気道入口孔を塞ぐ口頭蓋軟骨部材と、を更に備えてもよい。これにより、上記嚥下ロボット装置は、食塊が気道入口孔に入ることなく、運搬されることを再現することもできる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る嚥下ロボット装置は、口腔期及び咽頭期における嚥下動作を再現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
［嚥下の原理］
嚥下とは、咀嚼された食塊を口腔から胃へ送り込む一連の輸送動作をいう。嚥下動作は、食塊を口腔から咽頭へ送る口腔期、咽頭から食道入り口までの移動を行う咽頭期、食道から胃の入り口である噴門まで移動させる食道期、の３期からなる。本発明は、主として口腔期及び咽頭期の動作に関するものである。
【００２１】
図１（Ａ）から（Ｆ）は、定常時及び口腔期から食道期までの嚥下動作を示す図である。
【００２２】
同図（Ａ）の定常時に、食べ物を口に含んで咀嚼し、食塊が舌の中央部に置かれて保持される。そして、飲み込もうという意思をトリガにして、嚥下動作が開始する。
【００２３】
口腔期では、同図（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、舌の先端である舌尖と舌背中央部が強く上顎に密着し、その間の筋肉が弛緩されてできたくぼみに食塊が保持される。飲み込みが始まると、舌が舌尖から順次隆起し始め、舌背中央部のくぼみにあった食塊が押し出されるように咽頭部分に移動する。舌が上顎（硬口蓋、軟口蓋）に完全に密着し、舌背部の食塊がすべて咽頭部分に移動すると、口腔期が終了する。
【００２４】
咽頭期は、咽頭部分に食塊が送られると始まる反射運動である。咽頭期では、図１（Ｄ）及び（Ｅ）に示すように、食塊が咽頭部分に送られると、舌骨が前方に移動し始め、食塊が通る空間を形成する。それとともに甲状軟骨がせり上がり、甲状軟骨に付いている口頭蓋軟骨が舌根部に押しつけられ、気管を開いていた口頭蓋軟骨が傾斜することにより、気管を閉じる。これにより、咽頭部分から食道に続く１本の道筋ができ、食塊が気管に入ることがなくなる。口頭蓋軟骨が気管を閉じた後、食塊は咽頭を通り過ぎ食道へ移動して、咽頭期が終了する。
【００２５】
このような咽頭期では、嚥下反射の始まりとともに咽頭収縮筋が上から順に収縮し咽頭を閉じていく。詳しくは、軟口蓋の挙上と上咽頭の収縮により、鼻腔が閉じられ、下と中咽頭の収縮により食塊が下咽頭へ移送され、そして、食道に流れる。
【００２６】
図２は、咽頭壁の形状を示す図である。咽頭は、鼻腔、口腔、喉頭と脊椎との間にできた約１２ｃｍの長さの筒状空間である。内壁は粘膜で覆われ、唾液により常に濡れた状態になっている。
【００２７】
食道期では、食塊を食道から胃まで輸送する。食塊は、食道の蠕動によりゆっくり胃に送られる。このため、重力に逆らった輸送も行え、身体がどのような姿勢であっても胃に食塊が運ばれる。
【００２８】
［嚥下ロボット装置の構成］
以下、嚥下ロボット装置の構成について説明する。なお、本体に対して舌尖のある方向を正面方向、正面方向と反対方向を背面方向、正面方向に対して右側を右方向、正面方向に対して左側を左方向とする。
【００２９】
図３は、嚥下ロボット装置の全体的な構成を示す斜視図である。嚥下ロボット装置は、ステンレスフレーム２によって支持されている。嚥下ロボット装置は、アクチュエータによって嚥下動作を行い、アクチュエータを制御する構成も備えている。
【００３０】
図４は、嚥下ロボット装置のアクチュエータを制御する構成を示すブロック図である。嚥下ロボット装置は、図３の構成の他に、圧縮空気を送り出すエアコンプレッサ３と、エアコンプレッサ３から送り出された圧縮空気を調整する電空レギュレータ４と、電空レギュレータ４による圧縮空気の調整を制御する制御装置５と、電空レギュレータ４によって調整された圧縮空気によって伸縮動作する複数のアクチュエータ６と、を備えている。
【００３１】
制御装置５は、いわゆるパーソナルコンピュータでもよい。制御装置５は、連続した嚥下動作について数十フレーム分の情報を記憶している。制御装置５は、１フレーム毎に、各アクチュエータ６の制御量を記憶している。アクチュエータ６の制御量は、人体の嚥下動作を実際に計測したときの値を用いるとよい。制御装置５は、１フレーム毎に、上記制御量に従って電空レギュレータ４を制御することで、後述する舌部材の蠕動運動、ビニールシートの押圧運動、舌骨部材の揺動運動を制御することができる。
【００３２】
アクチュエータ６は、例えばＭｃＫｉｂｂｅｎ型人工筋肉が好ましい。アクチュエータ６は、ステンレスフレーム２に取り付けられている一方、後述するワイヤに接続されている。そして、アクチュエータ６は、圧縮空気が入れられると収縮し、ワイヤを引っ張るようになっている。
【００３３】
図５は嚥下ロボット装置の要部分解図、図６は嚥下ロボット装置の要部斜視図、図７は嚥下ロボット装置の嚥下動作の機構に関する要部斜視図である。
【００３４】
［舌部］
嚥下ロボット装置は、人の舌を模した舌部材１０と、舌部材１０の上面である舌背１０Ａに取り付けられた板バネ１２と、板バネ１２を凹凸させるためのロッド１６、１８、２０、２２と、を有している。
【００３５】
舌部材１０は、耐久性があり、柔軟に変形・復元が可能な材料、例えば本実施形態ではウレタンフォームで構成されている。舌部材１０の表面には、防水性を高めるためにシリコンコートが貼り付けられている。舌部材１０は、直方体状に切り出されたウレタンフォームを図示しない針金に押し通すことによって、水平方向から鉛直下側に向けて略Ｌ字状に曲げた状態に保持されている。このとき、舌部材１０の舌尖部分は正面方向に向いており、舌部材１０の舌根部分は鉛直下方向に向いている。
【００３６】
板バネ１２は、舌部材１０のＬ字外側の舌背１０Ａ形状を変形させるものである。板バネ１２は、被嚥下物の嚥下方向に沿って舌背１０Ａ上に配置されている。具体的には、板バネ１２は、舌部材１０の舌背１０Ａ上に、舌背１０Ａの長手方向に沿って舌尖部から舌根部に向かって配置されている。板バネ１２には、舌尖側から舌根に向けて所定間隔でロッド取り付け孔１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄが形成されている。
【００３７】
ロッド１６、１８、２０、２２の一端側は、舌部材１０の内側面１０Ｂから当該舌部材１０を貫通して、板バネ１２のロッド取り付け孔１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄにそれぞれ取り付けられている。ロッド１６、１８、２０、２２の他端側は、コイルバネ４０、４２、４４、４６をそれぞれ貫通して、図示しないワイヤに取り付けられている。
【００３８】
そして、ロッド１６、１８、２０、２２が順次引っ張られると、板バネ１２が貼り付けられた舌背１０Ａが、舌尖側から順に滑らか隆起するようになる。このような構成により、アクチュエータの数を少なくしつつも（本実施形態では、ロッド１６、１８、２０、２２にそれぞれ接続されたワイヤを引っ張るためにアクチュエータの数は４個。）、舌部材１０の舌背１０Ａを滑らかに隆起させることができる。
【００３９】
また、舌背１０Ａの対面である下面１０Ｂには、舌部材１０を固定するための舌部材固定棒２４、２５、２６、２７が取り付けられている。舌部材固定棒２４、２５、２６、２７の他端側は、ビス３２、３４、３６、３８によって、舌骨延長板５４に固定されている。舌骨延長板５４は、長方形板であり、舌骨部材５０に取り付けられている。このため、舌部材１０は、舌骨部材５０と共に動作するようになっている。
【００４０】
［舌骨］
舌骨は、嚥下に関わる各器官の中心に位置する骨である。このため、舌骨の動作が、舌、甲状軟骨の動作を決定する。舌骨の動作を解析した結果、舌骨は、最大で、下顎に向かって１２ｍｍ移動し、ピッチ回転が７度になることが分かった。そこで、舌骨を模した舌骨部材５０は、次のように各部材に接続されている。
【００４１】
舌骨部材５０は、角柱状の正面舌骨角柱５０Ａと、前記正面舌骨角柱５０Ａの両端に設けられた側面舌骨角柱５０Ｂ及び側面舌骨角柱５０Ｃと、によってコの字状に形成されている。舌骨部材５０は、当該舌骨部材５０を含んだ平面が水平面に平行になり、かつ当該舌骨部材５０の開口側が背面方向を向くように、舌骨支持部材５６、５８、７０、７２によって支持されている。
【００４２】
舌骨部材５０は、舌部材１０の鉛直下側部分をその断面方向から固定している。換言すると、舌部材１０は、嚥下方向下端部が舌骨部材５０に固定されている。これにより、舌骨部材５０が舌尖方向へ所定距離（例えば１２ｍｍ）移動すれば、それに応じて舌部材１０も舌尖方向へ所定距離移動する。このとき、舌骨部材５０が所定角度（例えば７度）下向きに傾斜すれば、舌部材１０も所定角度下向きに傾斜する。なお、嚥下ロボット装置が実物より数倍大きく構成されているときは、上記所定距離の１２ｍｍもそれに応じて数倍大きくすればよい。
【００４３】
舌骨支持部材５６、５８、７０、７２は、それぞれ棒状に形成され、舌骨部材５０が移動可能なように支持するものである。舌骨支持部材５６、５８、７０、７２の一端側は、それぞれ舌骨部材５０の所定の箇所に取り付けられている。舌骨支持部材５６、５８、７０、７２の他端側は、それぞれＬ字部材の所定の箇所に取り付けられている。
【００４４】
具体的には、舌骨支持部材５６、５８の一端側は、側面舌骨部材５０Ｂの異なる端部にそれぞれ回転可能に接続されている。舌骨支持部材５８と側面舌骨部材５０Ｂの間には、これら２つの部材のなす角を大きくするように力を作用させるコイルバネ６０が介在している。舌骨支持部材７０、７２は、側面舌骨部材５０Ｃの異なる端部にそれぞれ回転可能に接続されている。舌骨支持部材７２と側面舌骨部材５０Ｃの間には、これら２つの部材のなす角を大きくするように力を作用させるコイルバネ７４が介在している。
【００４５】
一方、舌骨支持部材５６、５８の他端側は、２つの長方形状面が略９０度（Ｌ字状）で突き合わされたＬ字部材６６の一面側（左方向側）に、回転自在に取り付けられている。舌骨支持部材５６には、ナット６４に挟まれるように、コイルバネ６２が取り付けられている。コイルバネ６２の一端側は支持基板６８に取り付けられ、その他端側は舌骨支持部材５６に取り付けられている。舌骨支持部材７０、７２の他端側は、２つの長方形状面が略９０度（Ｌ字状）で突き合わされたＬ字部材８０の一面側（右方向側）に、回転自在に取り付けられている。舌骨支持部材７０には、ナット７８に挟まれるように、コイルバネ７６が取り付けられている。コイルバネ７６の一端側は支持基板６８に取り付けられ、その他端側は舌骨支持部材７０に取り付けられている。そして、舌骨部材５０は、コイルバネ６０、６２、７４、７６の弾性力（反発力）によって、正面方向に付勢されている。
【００４６】
Ｌ字部材６６、８０の他面側（鉛直下方向側）は、長方形に形成された支持基板６８の上面に設けられている。このとき、支持基板６８の左方向の辺に沿って舌骨支持部材５６、５８が配置され、支持基板６８の右方向の辺に沿って舌骨支持部材７０、７２が配置される。
【００４７】
支持基板６８の上面の長手方向中央部には、細長形状の滑車支持部材８２が、上記長手方向に直交するように配置されている。滑車支持部材８２の正面方向には、滑車８４が設けられている。滑車８４は、ロッド１６、１８、２０、２２等にそれぞれ接続されたワイヤの向きを変えるものである。
【００４８】
支持基板６８は、細長形状に成形された下部部材８６上に配置されている。下部部材８６は、その長手方向が正面方向に直交するように配置されている。
【００４９】
下部部材８６の一端（左方向）側にはＬ字金具８８が取り付けられ、下部部材８６の他端（右方向）側にはＬ字金具９２が取り付けられている。このとき、Ｌ字金具８８、９２の一片は下部部材８６に取り付けられ、Ｌ字金具８８、９２の他片は鉛直上方向を向いている。
【００５０】
［喉頭］
喉頭とは、いわゆる喉仏のことをいう。喉頭は、食道と気道が分離する箇所に、誤嚥防止を図るための気道の安全装置として機能する器官であり、下咽頭の前（正面側）に隣接している。
【００５１】
正面部材１００は、図５に示すように、例えば六面体に形成され、六面体のうち相対する２つの面（以下「取り付け面」という。）１００Ｌ、１００Ｒが約６０度をなしている。なお、取り付け面１００Ｌは左側方向の面であり、取り付け面１００Ｒは右側方向の面である。
【００５２】
甲状軟骨部材１０２、１０４は、喉仏にあたる部位であり、長方形板の１つの角が切り欠き形成されたようになっている。甲状軟骨部材１０２、１０４は、約６０度の角度をなして対称になるように、正面部材１００の取り付け面１００Ｌ、１００Ｒ上にそれぞれ取り付けられている。  甲状軟骨部材１０２、１０４には、長尺板状の甲状軟骨支持部材１０６、１０８が設けられている。
【００５３】
甲状軟骨支持部材１０６は、その長手方向が鉛直方向と平行になるように、当該甲状軟骨部材１０２の内側（甲状軟骨部材１０４に向き合う面）に設けられている。同様に、甲状軟骨支持部材１０８は、その長手方向が鉛直方向と平行になるように、当該甲状軟骨部材１０４の内側（甲状軟骨部材１０２に向き合う面）に設けられている。
【００５４】
甲状軟骨支持部材１０６、１０８の上端部は、それぞれ舌骨部材５０の側面舌骨角柱５０Ｂ及び側面舌骨角柱５０Ｃに取り付けられる。これにより、喉頭が舌骨部材５０にぶら下がるようになる。また、甲状軟骨支持部材１０６、１０８の下端部には、それぞれ長手方向に沿って２つの穴が形成されている。
【００５５】
口頭蓋軟骨部材１１０は、嚥下時に、食塊が気道入口に入らないように封鎖するものである。口頭蓋軟骨部材１１０は、二等辺三角形状に形成され、その底角が切り欠きされ、その頂角が正面部材１００に取り付けられている。なお、口頭蓋軟骨部材１１０は、当該頂角を軸にして回動自在になるように、正面部材１００に取り付けられている。
【００５６】
輪状軟骨部材１１２は、断面が台形形状の筒を長軸方向に対して、背面上方向から正面下方向に斜めに切った形状になっている。輪状軟骨部材１１２は、気管の最上部の部位に相当する。輪状軟骨部材１１２の鉛直方向には、気道入口孔１１２Ａが形成されている。
【００５７】
輪状軟骨部材１１２の左側には、支持棒１１４、１１６が突接している。同様に、輪状軟骨部材１１２の右側には、支持棒１１８、１１９が突接している。支持棒１１４、１１６は甲状軟骨支持部材１０６の下端部に形成された２つの穴に挿通され、支持棒１１８、１１９は甲状軟骨支持部材１０８の下端部に形成された２つの穴に挿通される。これにより、輪状軟骨部材１１２は、甲状軟骨部材１０２、１０４の間に保持される。よって、甲状軟骨部材１０２、１０４及び輪状軟骨部材１１２が、咽頭を支えると共に、気道をつぶれないように支えている。
【００５８】
［咽頭］
人間の咽頭は、図２に示したように、舌と咽頭壁で構成されている。そこで、舌部材１０の舌背１０Ａの下半分（鉛直方向部分）には、咽頭壁シート１２０が覆われている。
【００５９】
図８（Ａ）は咽頭壁を形成するための咽頭壁シート１２０の展開図であり、（Ｂ）は咽頭壁シート１２０の斜視図である。咽頭壁シート１２０は、ビニールシートであり、図２に示した咽頭壁を模した形状になっている。咽頭壁シート１２０は、後述する上顎部材に連続していると共に、舌部材１０のＬ字外側面の鉛直下側部分（嚥下方向下流側部分）を覆うことで咽頭壁を形成する。
【００６０】
また、咽頭壁シート１２０の外側（舌部材１０と向き合う側の反対側）には、図５に示すように、嚥下方向に沿って板バネ１２２が接している。板バネ１２０は、咽頭壁シート１２０の上部から下部の順に、長尺状の主要部１２２Ａ、分岐部１２２Ｂ、終端部１２２Ｃを有している。
【００６１】
主要部１２２Ａは、咽頭壁シート１２０の長手方向に平行に、かつ、咽頭壁シート１２０の上部中心部から咽頭壁シート１２０の下部に向かって形成されている。分岐部１２２Ｂは、主要部１２２Ａから２つに分岐し、咽頭壁シート１２０の幅方向の両端を押さえるように形成され、再び咽頭壁シート１２０の幅方向の中心部で１つになるように形成されている。終端部１２２Ｃは、分岐部１２２Ｂの分岐が終了した部分から、咽頭壁シート１２０の長手方向に平行にかつ咽頭壁シート１２０の終端部分まで形成されている。
【００６２】
このような板バネ１２２の形状は、食塊が舌部材１０と咽頭壁シート１２０との間を流れるルートにほぼ対応している。なお、板バネ１２２が分岐部１２２Ｂを有しているのは、分岐部１２２Ｂの分岐の間に輪状軟骨部材１１２が存在しており、食塊は輪状軟骨部材１１２の気道入口孔１１２Ａを避けて食道に運ばれるからである。
【００６３】
図９は、嚥下ロボット装置の背面側の構成を示す図である。
【００６４】
板バネ１２２の主要部１２２Ａには、ロール状のゴムシート１２４、１２８、１３２、１３６が接している。これらのゴムシート１２４、１２８、１３２、１３６は、それぞれアルミパイプ１２６、１３０、１３４、１３８の中央部に巻回されている。
【００６５】
また、板バネ１２２の分岐部１２２Ｂの左側部分には、ロール状のゴムシート１４０、１４６、１５２が接している。板バネ１２２の分岐部１２２Ｂの右側部分には、ロール状のゴムシート１４２、１４８、１５４が接している。
【００６６】
また、ゴムシート１４０、１４２はアルミパイプ１４４の両端にそれぞれ巻回されている。ゴムシート１４６、１４８は、アルミパイプ１５０の両端にそれぞれ巻回されている。ゴムシート１５２、１５４は、アルミパイプ１５６の両端にそれぞれ巻回されている。
【００６７】
ゴムシート１２４、１２８、１３２、１３６、１４０、１４６、１５２、１５４には伸縮可能な弾性部材（本実施形態ではゴム）が取り付けられ、そのゴムの他方側はステンレスフレーム２に留められている。
【００６８】
これにより、嚥下動作前では、ゴムシート１２４、１２８、１３２、１３６、１４０、１４６、１５２、１５４は、背面側に付勢されている。このため、舌部材１０と咽頭壁シート１２０の間は、密接しているのではなく、食塊が入るスペースを有している。
【００６９】
アルミパイプ１２６、１３０、１３４、１３８、１４４、１５０、１５６にはワイヤが挿通され、それらの両端から出たワイヤは正面側の図示しない滑車にかけらている。これにより、例えばアルミパイプ１２６を挿通しているワイヤが引っ張られると、ゴムシート１２４は、板バネ１２２を介して、ゴムシート１２４の上から舌部材１０を押圧する。
【００７０】
このように、各々のゴムシートが板バネ１２２を介して咽頭壁シート１２０の上から舌部材１０を押圧する構成によって、咽頭壁シート１２０を隆起させるためのアクチュエータの数を少なくしつつも（本実施形態では、アルミパイプと同数の７）、咽頭壁シート１２０を滑らかに隆起させることができる。
【００７１】
［嚥下ロボット装置の動作］
図１０乃至図１３は、左方向からみた嚥下ロボット装置の動作を表したときの断面図である。
【００７２】
嚥下動作開始前では、図１０に示すように、舌部材１０の舌背１０Ａに取り付けられた板バネ１２は、ロッド１６、１８、２０、２２を介して、コイルバネ４０、４２、４４、４６の弾性力によって、上顎部材１６０に押しつけられている。すなわち、嚥下動作開始前では、上顎部材１６０は、舌部材１０の嚥下方向上流側部分の舌背１０Ａに対向して配置され、所定の圧力で舌背１０Ａに接している。
【００７３】
図１４は、図４に示した制御装置５による嚥下動作の制御手順を示すフローチャートである。制御装置５は、電空レギュレータ４、アクチュエータ６を介して、口腔期、咽頭期の嚥下動作を制御する。具体的には、制御装置５は、口腔期では、舌部材１０の蠕動運動を制御し（ステップＳ１）、咽頭期では、ゴムシートによる押圧運動を制御し（ステップＳＴ２）、さらに舌骨部材５０の揺動運動も制御する（ステップＳＴ３）。
【００７４】
（口腔期）
口腔期では、図１１に示すように、最初に、ロッド１６に取り付けられたワイヤ２００が鉛直下方向に引っ張られ、ロッド１６の引力によって板バネ１２の取り付け孔１２Ａの周辺部分が凹状に変形する。このとき、上顎部材１６０と舌部材１０の間は、取り付け孔１２Ａの周辺部分のみ空間ができ、その他の部分では密着している。食塊は、上顎部材１６０と舌部材１０との間にできた空間に保持される。
【００７５】
つぎに、ワイヤ２００の鉛直下方向への引力が小さくなると共に、ロッド１８に取り付けられたワイヤ２０２が鉛直下方向に引っ張られる。これにより、板バネ１２の復元力によって取り付け孔１２Ａの周辺部分が上顎部材１６０に密着すると共に、ロッド１８の引力によって板バネ１２の取り付け孔１２Ｂの周辺部分が凹状に変形する。このとき、上顎部材１６０と舌部材１０との間は、取り付け孔１２Ｂの周辺部分のみ空間ができ、その他の部分では密着している。この結果、食塊は、取り付け孔１２Ａの位置から取り付け孔１２Ｂの位置に移動する。
【００７６】
以降も同様にして、ワイヤ２０２の鉛直下方向への引力が小さくなると共に、ロッド２０に取り付けられたワイヤ２０４が鉛直下方向に引っ張られる。これにより、上顎部材１６０と舌部材１０との間は、取り付け孔１２Ｃの周辺部分のみ空間ができ、その他の部分では密着している。よって、食塊は、取り付け孔１２Ｂの位置から取り付け孔１２Ｃの位置に移動する。
【００７７】
さらに、ワイヤ２０４の鉛直下方向への引力が小さくなると共に、ロッド２２に取り付けられたワイヤ２０６が鉛直下方向に引っ張られる。これにより、上顎部材１６０と舌部材１０との間は、取り付け孔１２Ｄの周辺部分のみ空間ができ、その他の部分では密着している。よって、食塊は、取り付け孔１２Ｃの位置から取り付け孔１２Ｄの位置に移動する。その後、ワイヤ２０６の鉛直下方向への引力が小さくなると、食塊は、舌部材１０と咽頭壁シート１２０の間のゴムシート１２４の近傍に運搬される。
【００７８】
このように、嚥下ロボット装置は、口腔期においては、板バネ１２の舌尖側の取り付け孔１２を凹状に変形し、その位置の形状を元に戻すと共に隣り合う舌根側の取り付け孔１２位置を凹状に変形することを、舌尖側の位置から前記舌根側の位置まで順次行う。その結果、舌部材１０の舌背１０Ａが舌尖方向から順に隆起して、舌部材１０の嚥下方向上流部分が蠕動運動する。そして、舌部材１０と上顎部材１６０との間にある食塊が、咽頭壁シート１２０の方向へ運搬される。
【００７９】
（咽頭期）
咽頭期では、最初に、アルミパイプ１２６を挿通している図示しないワイヤの引力が大きくなると、アルミパイプ１２６に巻回されたゴムシート１２４が、板バネ１２２を介して、咽頭壁シート１２０の上から舌部材１０を押圧する。これにより、ゴムシート１２４近傍にあった食塊は、ゴムシート１２８の方へ運搬される。
【００８０】
つぎに、アルミパイプ１２６を挿通しているワイヤの引力が小さくなると共に、アルミパイプ１３０を挿通しているワイヤの引力が大きくなる。このとき、アルミパイプ１３０に巻回されたゴムシート１２８が、板バネ１２２を介して、咽頭壁シート１２０の上から舌部材１０を押圧する。よって、図１２に示すように、ゴムシート１２８近傍にあった食塊は、ゴムシート１３２の方へ運搬される。
【００８１】
このように、嚥下ロボット装置は、鉛直上方向から順に、アルミパイプを挿通したワイヤを引っ張ることによって、食塊を舌下方向に移動させることができる。具体的には、アルミパイプを挿通したワイヤを引っ張ることによって、各々のゴムシートが、咽頭壁シート１２０の鉛直上方向から鉛直下方向の嚥下方向の順に、各々の押圧位置において、板バネ１２２を介して咽頭壁シート１２０の上から舌部材１０を押圧する。これにより、口腔期を経て、舌部材１０と咽頭壁シート１２０との間にある食塊が、舌根方向へ運搬される。
【００８２】
（咽頭期における喉頭の動作）
図１２に示すように、舌骨延長板５４の正面側の端には、ワイヤ２２０が接続されている。食塊が咽頭部を運搬されて輪状軟骨部材１１２に近付くと、ワイヤ２２０がアクチュエータによって引っ張られる。このとき、図１３に示すように、舌骨延長板５４に接続されている舌骨部材５０及び咽頭部は、舌骨支持部材５６、５８、７０、７２によって規制されながら、正面方向に移動すると共に約７度下向きに傾斜する。これにより、人が食塊を飲み込んだときの舌骨や喉頭部の揺動運動を再現することができる。
【００８３】
このとき更に、口頭蓋軟骨部材１１０が、正面部材１００との接続点を軸にして回転して、甲状軟骨部材１０２、１０４の間に保持された輪状軟骨部材１１２の気道入口孔１１２Ａを塞ぐ。このため、食塊は、口頭蓋軟骨部材１１０によって、輪状軟骨部材１１２の気道入口孔１１２Ａに入ることなく、輪状軟骨部材１１２の左側又は右側を通過して、外部（実際の人体では食道に相当する。）に運搬される。
【００８４】
以上のように、本発明の実施形態に係る嚥下ロボット装置は、舌部材１０の舌背１０Ａに板バネ１２を貼り合わせ、板バネ１２を舌尖から順に変形させることによって、口腔期の嚥下動作を再現することができる。
【００８５】
また、嚥下ロボット装置は、各々のゴムシートが板バネ１２２を介して咽頭壁シート１２０の上から舌部材１０を押圧することによって、咽頭期の嚥下操作を再現することができる。上記嚥下ロボット装置は、特に、食塊が喉頭近傍まで運搬されたときは、舌骨部材５０を前方移動及び傾斜させると共に、口頭蓋軟骨部材１１０によって気道入口孔１１２Ａを塞ぐことによって、食塊が気道に入ることなく食道へ運搬されることも忠実に再現することができる。
【００８６】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば板バネ１２、１２２を変形させる手段、舌骨部材５０を移動させる部材等などは、特に限定されないのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】（Ａ）から（Ｆ）は、定常時及び口腔期から食道期までの嚥下動作を示す図である。
【図２】咽頭壁の形状を示す図である。
【図３】嚥下ロボット装置の全体的な構成を示す斜視図である。
【図４】嚥下ロボット装置のアクチュエータを制御する構成を示すブロック図である。
【図５】嚥下ロボット装置の要部分解図である。
【図６】嚥下ロボット装置の要部斜視図である。
【図７】嚥下ロボット装置の嚥下動作の機構に関する要部斜視図である。
【図８】（Ａ）は咽頭壁を形成するための咽頭壁シートの展開図であり、（Ｂ）は咽頭壁シートの斜視図である。
【図９】嚥下ロボット装置の背面側の構成を示す図である。
【図１０】左方向からみた嚥下ロボット装置の動作を表したときの断面図である。
【図１１】左方向からみた嚥下ロボット装置の動作を表したときの断面図である。
【図１２】左方向からみた嚥下ロボット装置の動作を表したときの断面図である。
【図１３】左方向からみた嚥下ロボット装置の動作を表したときの断面図である。
【図１４】制御装置による嚥下動作の制御手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８８】
１０  舌部材
１２  板バネ
５０  舌骨部材
５６、５８、７０、７２  舌骨支持部材
１０２、１０４  甲状軟骨部材
１１０  口頭蓋軟骨部材
１１２  輪状軟骨部材
１１２Ａ  気道入口孔
１２０  咽頭壁シート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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