計測自動制御学会東北支部 第 243 回研究集会 (2008.6.20)
資料番号 243-2

嚥下動作に伴う口腔内の接触圧力測定システムの開発
Development of Measurement System of Contact Pressure in Oral Cavity
with Swallowing
笹川

和彦＊, ○大里泰彦＊, 横山紘太郎＊, 才藤栄一＊＊

Kazuhiko Sasagawa＊,○Yasuhiko Osato＊, Kotaro Yokoyama＊, Eiichi Saitoh＊＊＊

弘前大学, ＊＊藤田保健衛生大学＊

Hirosaki University, ＊＊Fujita Health Univ.

キーワード : 嚥下(swallowing), 嚥下障害(dysphagia), 感圧導電ゴム(pressure sensitive
conductive rubber), 接触圧力(contact pressure), センサシステム(sensor system)
連絡先 : 〒036-8561 弘前市文京町 3 弘前大学大学院理工学研究科 知能機械システム工学専攻 笹川研究室 大里泰彦, Tel.& Fax.:(0172)39-3690, E-mail: h08gs505@stu.hirosaki-u.ac.jp

1.

緒言ており，咽頭内の軟部組織間の接触圧力測

食べ物や飲み物を飲み込む動作のことを定に基づいた評価は行われていない。そこ

嚥下といい，嚥下が様々な原因でスムーズで最近，咽頭内の接触圧力測定に適した構に行えなくなる嚥下障害は現在多くの患者造で十分な測定点数を有するセンサシステに見られる。特に，高齢者の死因の上位でムの開発がなされている(2)。

ある肺炎の中には嚥下障害が原因となって本研究では，咽頭内の接触圧力のみならいる場合も多いとされる。嚥下障害の治療

ず口腔内の接触圧力動態をも同時に測定可においては嚥下機能を正しく評価し，個々能な嚥下時の口腔および咽頭内の接触圧力の障害に応じた処置をすることが必要であ測定システムの実現を目指し，未だ開発さる。よって治療は嚥下機能がどの段階で，れていない口腔内の舌−口蓋間の接触圧力どの程度障害されているのかを診断する病センサシステムを開発するとともに，健常態診断に基づいて行われる(1)。病態診断の者による適用実験を行い同センサシステム方法の一つに嚥下圧検査がある。嚥下圧をの有効性について検討する。

測定することにより，嚥下関連筋群の運動性や嚥下運動の協調性の障害などを評価す

2. 接触圧力分布測定システム

ることがその目的である。しかし，現在は接触圧力センサの圧力変換素子として感市販の流体圧センサを用いた測定が行われ圧導電ゴム(PSCR)を用いた(3)。図 1 に示す-1-

ように感圧導電ゴムに圧力が作用すると電センサの構造と外観を，図 3 には新たに作気抵抗値が指数関数的に徐々に減少する特製した口腔用センサの構造と外観を示す。

性を有している。図 2，3 に示すように，接口腔用センサの厚さは約 600μm，測定点数

触圧力センサはシート状の感圧導電ゴムをは 16 点，1 点の測定領域は 8×3.5mm2 とし2 枚の銅張ポリイミドフィルム電極で挟んた。PSCR を利用した接触圧力センサは，だものを基本構造とした。図 2 には咽頭用

薄くてしなやかであるとともに連続的な圧力測定が可能である。シート厚さ方向の抵抗変化を電圧変化に変換する測定回路を用

Silicon rubber sheet

いて作用圧力に対応する電圧を測定する。

PressureCarbon black
Fig.1 Conductive mechanism of PSCR
83.5

10Copper electrode

12PSCR sheet(a) Sensor assembly (mm)192
3.5

8 12(a) Sensor assembly (mm)70
1 3.5250285140(b) Dimensions (mm)(b) Dimensions (mm)Fig.2 Pressure sensor for pharynx

Fig.3 Pressure sensor for oral cavity-2-測定回路はセンサに電気抵抗を直列に接PC続したものを基本回路とし，それを測定点の数だけ並列に接続した。センサと直列に Sensor for oral cavity

Multiplexer

・・・

測定感度はある程度任意に設定可能である。

測定システムの概略を図 4 に示す。測定回 Sensor for pharynx
・・・

路から出力される電圧データは A/D コンバータ(CONTEC 社製 ADA16-32/2(CB)F)にてA/D 変換し，パーソナルコンピュータに取A/D Converter

接続する電気抵抗の大きさによって圧力のPSCR sensorり込んだ。A/D コンバータの分解能は 16bitである。測定点 16 点の口腔用センサの測定
Fig.4 Measuring system

周期は 109msec である。
図 5 に較正実験の装置を示す。圧力センサをテフロンシートとスポンジゴムで挟みCross head

込み万能試験機により圧縮試験を行い，較正曲線を求めた。図 6 に本センサの較正曲

Teflon sheet

Compressive jig線の一例を示す。図より 5kPa までの接触圧力が測定可能であることがわかる。またSponge rubber

PSCR のクリープによる測定誤差を考慮しSensorて測定実験の前後で較正実験を行い，得られた較正曲線それぞれを用いて求めた圧力値の平均を測定値とした。

Fig.5 Calibration apparatus

3. 適用実験
4

検討するために，健常者に本システムを適用し，唾液嚥下時の舌−口蓋間の接触圧力分布の測定を行った。市販のクリームタイ
プの義歯安定剤を使用し，図 7 に示すようOutput voltage (V)

口腔用センサシステムの有効性についてに口蓋に圧力センサを設置した。適用実験

3.5
32.5

Before

21.5

After

10.50により得られた接触圧力の変化を図 8 に示0す。時間経過に伴い接触圧力のピークが口12345

Applied pressure (kPa)

蓋前部(3ch)から咽頭側(14ch)に移っていくことがわかる。センサ受圧面における圧力

Fig.6 Relationship between applied pressureand output voltage

分布の変化を図 9 に示す。舌による咽頭へ-3-の唾液の送り込みに対応した圧力分布がセAnt.

ンサの長さ方向に連続して測定された。これにより，開発した本センサシステムは舌−口蓋間の接触動態に応じた接触圧力の変化を詳細に測定可能であると考えることができる
Ant.

Post.

Post.

5.34s

5.45s

5.56s

5.67s

5.78s

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 160kPa

PSCR sensor

5kPa

Fig. 9 Contact pressure distribution between
tongue and oral cavity

Soft palate4.

結言
咽頭内のみならず口腔内の接触圧力分布同時測定の実現を目指し，口腔内の舌−口蓋間の接触圧力分布を測定するための専用センサを，感圧導電ゴムを用いて新たに作製することにより，嚥下動作時における口腔用の接触圧力測定システムを開発した。
健常者の嚥下時において，舌-口蓋間の接触動態に伴う圧力分布の変化が捉えられたこ
Fig.7 Sensor positionとから本システムの有効性を示した。

23ch

1.5

Contact pressure(kPa)

参考文献

9ch

1) 湯 本 英 二 : 嚥 下 圧 検 査 , ENTONI, 9,

14ch

13/17 (2000)
12) H. Yajima: A Study on Measurement System
Using

Pressure-Sensitive

Conductive

Rubber Sensor for Contact Pressure on

0.5

Human Soft Tissues, Master’s Thesis,
Hirosaki University, (2007)

05

5.2

5.4

5.6

5.8

63) 笹川和彦, 原利昭, 石井卓, 古賀良夫,
金谷喜久雄, 田村義則: PTB 下腿装具のTime (s)

免荷性の評価, 日本機械学会論文集 A
Fig.8 Changes in contact pressure with time

編, 58-551, 1148/1153 (1992)-4-