咽下模擬裝置及方法

2023-07-16 20:48:21

咽下模擬裝置及方法
【專利摘要】提供能夠容易地近似地再現與咽下有關的實際現象且能夠將經口攝取品的物性及與行為相關的物理量定量化的咽下模擬裝置。本發明的咽下模擬裝置(100A)具備：頭頸部建模部(10)，形成由頭頸部器官構成的動態三維頭頸部模型(10a)；器官運動設定部(30)，設定頭頸部模型(10a)中的各頭頸部器官的運動；經口攝取品物性設定部(40)，設定作為解析對象的經口攝取品及其物性；輸入部(81)，向口腔輸入將經口攝取品模型化了的模擬經口攝取品(20)；運動解析部(50)，使用粒子法在三維空間對頭頸部模型(10a)中的各頭頸部器官的運動和模擬經口攝取品(20)的咽下時的行為進行解析；顯示部(82)，將由運動解析部(50)解析出的各頭頸部器官的運動和模擬經口攝取品(20)的咽下時的行為的解析結果顯示在動態畫面上。
【專利說明】咽下模擬裝置及方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及咽下模擬裝置及方法。詳細地講，涉及使用粒子法對通過口腔及咽喉 時的流體?食物塊的行為進行解析的咽下模擬裝置、動態三維頭頸部模型、咽下模擬方法、 計算機可讀取的程序、經口攝取品開發支援裝置、經口攝取品開發方法、經口攝取品製造方 法、飲食教育支援裝置、飲食教育方法及診斷支援裝置。

【背景技術】
[0002] 咽下動作、特別是咽下時的食品物性與頭頸部器官的運動之間的關係很複雜，要 正確地掌握現象本身是非常困難的。但是，在醫療或護理的現場，為了防止老齡者、殘障者 的誤咽、誤飲，不斷進行著各種摸索，努力減少誤咽?誤飲風險。此外，鑑於如今的由魔芋膠 凍引起的窒息事故，認識到了食品全都需要用客觀的數值或指標來保證飲食品的安全性。
[0003] 關於咽下現象的解釋，有如下兩個方法，S卩，咽下造影或肌電位測定等直接得到生 物體信息的方法、以及使用咽下機器人或數值模擬等來間接地得到信息的方法。這些方法 會給受檢者帶來大量的負擔，例如需要變更機器人的頭頸部器官的行為或構造，存在很多 問題。
[0004] 此外，以往進行的是與生物體內的流體?固形物等食物塊的行為有關的數值解析。 關於流體，進行使用了用被稱作網格的格子對解析對象區域內進行劃分、對其格子點、格子 內部的物理量（速度、溫度、壓力）進行解析的格子法的計算（參照非專利文獻1)。此外， 在將食物塊作為半固體來處理的情況下，進行使用了有限要素法等、機械部件的構造解析 手法的計算（參照非專利文獻2)。
[0005] 先行技術文獻
[0006] 非專利文獻
[0007] 非專利文獻1 :神津等，化學工學會秋季大會講演要旨集41次，2009, P09
[0008] 非專利文獻2 :水沼等，日本機械學會年次大會講演論文集，2005 (2)，83-84


【發明內容】

[0009] 發明要解決的課題
[0010] 但是，在作為以往的數值解析的主流的格子法中，很難捕捉到實際咽下時的流 體?食物塊所呈現的、表面的大變形及飛沫化等現象，要再現實際現象是非常困難的。
[0011] 本發明的第一目的在於提供一種能夠容易近似地再現與咽下有關的實際現象、即 頭頸部器官及包括飲食品、醫藥品、準醫藥品（quasi - drug)在內的經口攝取品的行為的、 咽下模擬裝置、動態三維頭頸部模型、咽下模擬方法、計算機可讀取的程序、經口攝取品開 發支援裝置、經口攝取品開發方法、經口攝取品製造方法、飲食教育支援裝置、飲食教育方 法及診斷支援裝置。
[0012] 本申請的發明人提出了設定口腔器官的運動、飲食品等的物性，使用粒子法來二 維地解析口腔器官及飲食品的行為的咽下模擬裝置及咽下模擬方法（特願2011 - 146780、 特願2011 - 146781，均未公開）。該裝置及方法中，與以往比較，能夠近似地再現與咽下有 關的實際現象，能夠使咽下現象可視化。然而，有了相對於二維空間內的模擬更進一步三維 地、正確地表現咽下時的口腔器官及飲食品的行為的要求。此外，由於使用程序的制約而還 存在很難將經口攝取品的物性及與行為相關的物理量定量化的問題。
[0013] 本發明的第二目的在於，提供一種能夠正確地表現咽下時的頭頸部器官及飲食品 的行為、能夠將包括飲食品、醫藥品、準醫藥品在內的經口攝取品的物性及與行為相關的物 理量定量化的咽下模擬裝置、動態三維頭頸部模型、咽下模擬方法、計算機可讀取的程序、 經口攝取品開發支援裝置、經口攝取品開發方法、經口攝取品製造方法、飲食教育支援裝 置、飲食教育方法及診斷支援裝置。
[0014] 用於解決課題的手段
[0015] 為了解決上述課題，本發明的第一方式的咽下模擬裝置100A例如圖2所示那樣 (關於具體的器官，適當參照圖3)，具備：頭頸部建模部10,形成由頭頸部器官構成的動態 的三維頭頸部模型10a ;器官運動設定部30,設定動態三維頭頸部模型10a中的各頭頸部器 官的運動；經口攝取品物性設定部40,設定作為解析對象的包括飲食品、醫藥品或準醫藥 品的經口攝取品及其物性；輸入部81，向口腔輸入將包括飲食品、醫藥品或準醫藥品的經 口攝取品模型化了的模擬經口攝取品20 ;運動解析部50,對動態三維頭頸部模型10a中的 各頭頸部器官的運動和模擬經口攝取品20的咽下時的行為，使用粒子法在三維空間進行 解析；以及顯示部82,將由運動解析部50解析到的各頭頸部器官的運動和模擬經口攝取品 20的咽下時的行為的解析結果顯示在動態畫面上。
[0016] 在此，頭頸部模型的"動態三維"意思指在三維空間內與時間的經過一起進行變 化。另外，三維空間也可以在計算機內作為虛擬三維空間來形成。此外，頭頸部器官包括舌 頭11、喉頭12、會厭12a、氣管13、咽頭14、顎（也稱作口蓋）15 (由硬顎（也稱作硬口蓋）15a 和軟顎（也稱作軟口蓋）115b構成）、頜16、食道18等（參照圖3)。此外，設為包括與口腔 17、咽頭14及喉頭部12c (由會厭12a和喉頭12構成）有關的各器官。動態三維頭頸部模 型10a包含上述各頭頸部器官而構成。食道18及氣管13僅包含入口部分即可。動態三維 頭頸部模型l〇a優選與口腔器官的實際的運動相應地形成，但是若粒子數增加則進行三維 空間內的解析的計算機PC的負荷會增大，因此，為了使解析簡單?容易，可以對可動部分進 行限定，也可以是，針對各頭頸部器官定義多邊形（為由多邊形距離函數製作出的壁邊界， 且為將即使從流體等受到外力也不移動的壁作為距離函數配置在空間內的邊界），由此，不 用將頭頸部器官作為粒子進行計算也可以。為了更詳細地進行討論，也能夠將各頭頸部器 官作為粒子（剛體、彈性體、塑性體或彈塑性體）進行定義來進行計算（越塚誠一，計算力 學講座系列5,粒子法，日本計算工學會編，參照pp. 51 - 68)。
[0017] 動態三維頭頸部模型l〇a形成在虛擬空間，因此，只要不妨礙解析，各頭頸部器官 在三維空間內重疊的構造也可以。各頭頸部器官的運動中包含有：移動、旋轉、周期性的運 動等。經口攝取品為液體、半固體（具有塑性但不具有流動性）、固體中的任意。經口攝取 品的物性中包含有：密度、粘度、表面張力、接觸角、熱容量、熱傳導率、動摩擦係數等。但是， 不需要設定全部這些物性，只要設定某個物性即可。所謂模擬經口攝取品20的咽下時的行 為，典型地是指從口腔經由咽頭14向食道18移動的行為，但是，也可能會存在未到達咽頭 14或食道18而返回口腔17的情況、進入到了喉頭12或鼻腔的情況。與模擬經口攝取品20 的咽下時的行為相關的物理量中包含有：時間、位置坐標、速度、壓力、溫度、滑動速度、垂直 應力、剪切應力等。但是，沒有必要使用全部這些物理量來進行解析，使用某個物理量來進 行解析即可。這些物性及物理量優選定量化，但是也可以使用相對值。
[0018] 輸入部81例如包括滑鼠或鍵盤，通過用滑鼠將光標向動態三維頭頸部模型10a 的口腔內部拖拽，來輸入模擬經口攝取品（包括模擬飲食品、模擬醫藥品或模擬準醫藥 品）20。通過滑鼠的拖拽來指定要投入的模擬經口攝取品20的位置。此外，也可以是，設置 經口攝取品輸入設定部45(參照圖24)，預先設定模擬經口攝取品及其投入場所和投入時 間，自動地投入模擬經口攝取品20。運動解析部50使用粒子法來進行解析，能夠使用例如 MPS (Moving Particle - Semi - implicit)法。顯不部82的"顯不在動態畫面上"典型 地使用向液晶顯示器等動態畫面的顯示。此外，在此，將醫師或牙科醫師在健康診斷或醫療 行為中進行模擬來評價解析結果的情況稱作診斷，與一般人進行的評價進行區分。即，在本 說明書中，評價是不包含診斷的。通過顯示動態畫面，幫助評價者或診斷者觀察動態畫面來 進行評價或診斷，但是在自動地進行評價或診斷的情況下，在計算機內設置模擬畫面顯示 部82A (參照圖24)，在存儲部83中設置評價診斷條件存儲部83A (參照圖24)，將解析結果 動態地顯示在模擬畫面顯示部82A的虛擬動態畫面上，與評價診斷條件存儲部83A的評價 條件或診斷條件進行對照，由計算機內的評價診斷部60 (參照圖24)來進行評價或診斷，但 是，設為這樣的動態地顯示在模擬畫面顯示部82A的虛擬動態畫面上的情況也包含在"顯 示在動態畫面上"中，模擬畫面顯示部82A被包含在個人計算機PC和顯示部82這兩者中。 此外，動態三維頭頸部模型l〇a的顯示若是按照每個頭頸部器官來改變色彩並半透明地顯 示，則能夠容易看清每個頭頸部器官的運動，是優選的。
[0019] 若如本方式那樣構成，則針對動態三維頭頸部模型l〇a，設定頭頸部器官的運動、 經口攝取品的物性，使用粒子法來對經口攝取品的行為進行解析，因此，能夠提供可容易地 近似地再現與咽下有關的實際現象的咽下模擬裝置。此外，將經口攝取品的物性及與經口 攝取品的行為有關的物理量作為有維度的數值來定量地設定來進行解析，由此，能夠提供 一種能夠正確地表現出咽下時的頭頸部器官、經口攝取品的行為且能夠將與咽下時的行為 相關的物理量按照每個時間來定量化的咽下模擬裝置。
[0020] 此外，本發明的第二方式的咽下模擬裝置100A在第一方式中，頭頸部建模部10將 頭頸部器官設定為多邊形或粒子（剛體、粉末體、彈性體、塑性體、彈塑性體），運動解析部 50將模擬經口攝取品20作為粒子來處理。
[0021] 在此，動態三維頭頸部模型10a與口腔、咽頭、喉頭、食道的實際運動相應地形成 且隨時間變形，這對於進行高精度的解析是優選的，因此，將模型整體作為粒子來進行處理 較好，但是，若粒子數增加，則進行三維空間的解析的計算機PC的負荷會增大，因此，為了 使解析簡單?容易，將頭頸部器官設定為多邊形來進行解析是很高效的。
[0022] 若如本方式那樣構成，則在進行三維解析時，將頭頸部器官設定為多邊形、粒子 (剛體、彈性體、塑性體、彈塑性體），將模擬經□攝取品20作為粒子（流體、剛體、彈性體、 塑性體、彈塑性體）來處理，因此，能夠容易地進行頭頸部器官及模擬經口攝取品20的設 定，能夠根據目的?狀況來進行多樣的解析
[0023] 此外，本發明的第三方式的咽下模擬裝置100A在第二方式中，例如圖4所示那樣 (關於結構，參照圖2)，頭頸部建模部10形成將舌頭11沿外裡側（前後側）方向分割為以 頦舌肌Ilf的起始即下頜骨的頦部16a為扇軸的n個（n為2以上的整數）的扇形部11a? lie的構造，器官運動設定部30設定行波的波動運動，以便通過各扇形部11a?lie在半徑 方向上具有規定的相位差地連動地振動來將模擬經口攝取品20向裡側方向輸送。
[0024] 在此，舌頭11的分割數n為3個以上，能夠表現順暢的行波的波動運動，若超過7 個則計算的負荷變大。因此，優選為4個?6個。由此，能夠近似地再現咽下時的舌頭的行 波的波動動作。
[0025] 若如本方式那樣構成，則將舌頭在外裡側方向上分割為n個扇形部，進行上述的 連動振動，由此，能夠近似地再現咽下時的舌頭的行為，因此，能夠更接近實際現象地進行 高效的解析。另外，舌頭11的形狀與實際的運動相應地由粒子形成，還能夠每次計算時讀 入隨時間變形了的舌頭。
[0026] 此外，本發明的第四方式的咽下模擬裝置100A在第三方式中，例如圖6及圖7所 示那樣，頭頸部建模部10形成各扇形部11a?lie的表面部分相互重疊的構造以避免由於 各扇形部11a?lie的半徑方向的振動而在各扇形部11a?lie之間產生間隙，而且，形成 使左右兩側沿半徑方向延伸且在中央部分具有凹陷的舌頭表面部19在各扇形部11a?lie 的表面部分重合、在靜止狀態的舌頭表面部llg的凹陷中各扇形部11a?lie沿半徑方向 振動的構造，器官運動設定部30進行設定，使得在咽下時各扇形部11a?lie向圓周方向 裡側旋轉規定的角度，咽下最終時通過舌頭11的最裡側的扇形部lie將模擬經口攝取品20 壓入。
[0027] 在此，規定的角度優選為15°，但並不局限於此，10?20°也可以。此外，重疊 部分優選為5mm，但並不局限於此，3?7mm也可以。若如本方式那樣構成，則在各扇形部 11a?lie之間不形成間隙，經口攝取品20的流路形成在凹陷中，經口攝取品20被順暢地 移送到口腔的裡側，能夠進一步近似地再現咽下時的舌頭11的行為。
[0028] 此外，本發明的第五的方式的咽下模擬裝置100A在第三方式或第四方式中，例如 圖9及圖10所示那樣，頭頸部建模部10形成如下構造：將動態三維頭頸部模型10a分割為 舌頭11、顎15、咽頭14、喉頭部12c、氣管13和食道18,將喉頭部12c分割為會厭12a和喉 頭12,在咽下開始前將食道部18的食道入口 18a閉塞，在咽下時使食道入口 18a擴張，咽頭 14收縮。器官運動設定部30進行設定，使得在咽下時，使喉頭12向下頜骨16的頦部16a 方向移動而將食道入口 18a敞開，咽頭14收縮，接下來通過使會厭12a向裡側旋轉規定的 角度來將喉頭12閉塞。
[0029] 在此，規定的角度旋轉為135度時接近於實際現象，最優選，但是其附近（例如 ±15度內）也是優選的。此外，"咽頭收縮"具體地是指，咽頭向上方向縮短並且其內腔收 縮，在此包含該內容。若這樣構成，則能夠近似地再現咽下時的喉頭部12c的行為和食道18 的開閉。另外，這些器官的運動除了由器官運動設定部30給予數值來強制地運動之外，還 能夠與附隨於這些器官的肌肉的運動連動地進行運動。而且，每次解析時讀入隨時間變化 的各器官的模型，還能夠賦予更順暢的運動。
[0030] 此外，本發明的第六方式的咽下模擬裝置100A在第一方式至第五的方式的任意 中，例如圖22所示那樣（關於結構，參照圖2)，經口攝取品物性設定部40作為解析對象而 設定不同物性的液體、半固體或固體的多個模擬經口攝取品20,運動解析部50針對多個模 擬經口攝取品20規定自由表面和多個模擬經口攝取品20間的邊界，進行多個模擬經口攝 取品20的連動行為的解析。
[0031] 若這樣構成，則能夠針對多個模擬經口攝取品20接近實際現象地再現經口攝取 品的連動行為，在連動行為的解析中是有效的。
[0032] 此外，本發明的第七方式的咽下模擬裝置100B在第一方式至第六方式中的任一 項中，例如圖24所示那樣，具備根據動態畫面上的模擬經口攝取品20的咽下時的行為來評 價或診斷經口攝取品的食用容易度及/或飲用容易度的評價診斷部60,動態畫面是為了模 擬地顯示由運動解析部50解析出的、頭頸部器官的運動和模擬經口攝取品20的咽下時的 行為的解析結果而通過咽下模擬裝置在虛擬空間形成的虛擬動態畫面，評價診斷部60根 據虛擬動態畫面上的模擬經口攝取品20的行為是否滿足預先規定的條件來進行評價或診 斷。
[0033] 在此，虛擬動態畫面是指在個人計算機PC的虛擬空間形成的虛擬的動態畫面，是 與顯示在顯示部82上時的動態畫面相同內容的動態畫面。在自動地進行評價或診斷的情 況下，在計算機內設置模擬畫面顯示部82A，在存儲部83設置評價診斷條件存儲部83A，將 解析結果動態地顯示在模擬畫面顯示部82A的虛擬動態畫面上，與評價診斷條件存儲部 83A的評價條件或診斷條件對照來進行評價或診斷。另外，這樣的動態地顯示在虛擬動態畫 面上的情況也被包含在"顯示在動態畫面上"中。此外，預先規定的條件是指，例如，未進入 喉頭12、未堵在咽頭14、未附著在舌頭11或咽頭14、從導入口腔內起至通過食道入口 18a 為止的時間為規定的範圍內、口腔壁面上的剪切應力為規定的值以下、會厭12a周邊的剪 切應力為規定的範圍內，等等。規定的範圍例如為從導入口腔17內起至通過食道入口 18a 為止的時間為0. 8?1. Osec，會厭12a周邊的0. 8sec時的剪切應力為0. 25?0. 45N/m2等。
[0034] 若如本方式那樣構成，則將虛擬動態畫面與評價診斷條件存儲部83A中存儲的評 價條件或診斷條件進行對照，能夠自動地評價或診斷經口攝取品的食用容易度及/或飲用 容易度。
[0035] 此外，本發明的第八方式的咽下模擬裝置100B在第一方式或第七方式中，例如圖 2所示那樣，具備：評價診斷結果記錄部83B，根據模擬經口攝取品20的咽下時的行為的解 析結果，記錄與經口攝取品的食用容易度及/或飲用容易度相關的評價診斷結果；以及物 性決定部70,基於評價診斷結果記錄部83B所記錄的評價結果或診斷結果，決定被視為適 當的經口攝取品的物性。
[0036] 在此，物性決定是咽下模擬裝置100B基於評價結果或診斷結果來自動地決定的。 也有人（例如評價者或診斷者）來決定的方式，此時，也可以不設置物性決定部70,或者設 置了但不使用，或者決定結果被顯示在顯示部82上來供評價者或診斷者參考。
[0037] 為了解決上述課題，本發明的第九方式的動態三維頭頸部模型10a例如圖4所示 那樣，為由頭頸部器官構成的動態三維頭頸部模型l〇a，形成將舌頭11在外裡側方向上分 割成以頦舌肌Ilf的起始即下頜骨的頦部16a為扇軸的n個（n為2以上的整數）的扇形 部11a?lie的構造，設定為通過各扇形部11a?lie在半徑方向上具有規定的相位差地 連動振動，來進行將模擬經口攝取品20向裡側方向輸送的行波的波動運動。
[0038] 若這樣構成，則能夠提供一種能夠近似地再現咽下時的舌頭11及咽喉的行為的 動態三維頭頸部模型l〇a。
[0039] 此外，本發明的第十方式的動態三維頭頸部模型10a在第九方式中，例如圖6及 圖7所示那樣，形成如下構造：為了避免由於各扇形部11a?lie的振動在各扇形部11a? lie之間形成間隙，而使各扇形部11a?lie的表面部分相互重疊，而且，形成使左右兩側 沿半徑方向延伸且在中央部分具有凹陷的舌頭表面部llg重合在各扇形部11a?lie的表 面部分上、在靜止狀態的舌頭表面部19的凹陷中各扇形部11a?lie在圓周方向上振動的 構造，設定成在咽下時各扇形部11a?lie向圓周方向裡側旋轉規定的角度、接著通過舌頭 11的最裡側的扇形部lie將模擬經口攝取品20壓入，形成分割成咽頭14、喉頭部12c和食 道18、將喉頭部12c分割成會厭12a和喉頭12、在咽下開始前將食道18的食道入口 18a閉 塞、在咽下時食道入口 18a擴張、咽頭14收縮的構造，設定成，在咽下時，使喉頭12向下頜 骨的頦部16a方向移動而使食道入口 18a敞開，咽頭14收縮，接著通過使會厭12a向裡側 旋轉規定的角度來將食道入口 18a閉塞。
[0040] 若這樣構成，則在各扇形部11a?lie之間不形成間隙，模擬經口攝取品20的流 路形成在凹陷中，模擬經口攝取品20被順暢地移送到裡側，因此，可提供能夠近似地再現 咽下時的舌頭11、咽頭14、喉頭12和食道18的行為的動態三維頭頸部模型。
[0041] 為了解決上述課題，本發明的第十一方式的咽下模擬方法例如圖23所示那樣（關 於裝置結構，參照圖2)，具備：形成由頭頸部器官構成的動態三維頭頸部模型10a的頭頸 部建模步驟（S010);設定動態三維頭頸部模型10a中的各頭頸部器官的運動的器官運動 設定步驟（S030);設定作為解析對象的經口攝取品及其物性的經口攝取品物性設定步驟 (S040);向口腔輸入將經口攝取品模型化了的模擬經口攝取品20的輸入步驟（S050);使用 粒子法來對頭頸部模型l〇a中的各頭頸部器官的運動和模擬經口攝取品20的咽下時的行 為進行解析的運動解析步驟（S060);將由運動解析步驟（S060)在三維空間解析到的頭頸 部器官的運動和模擬經口攝取品20的咽下時的行為的解析結果顯示在動態畫面上的顯示 步驟（S070)。
[0042] 若這樣構成，則針對動態三維頭頸部模型10a，設定頭頸部器官的運動、經口攝取 品的物性，使用粒子法來對經口攝取品的行為進行解析，因此能夠提供容易近似地再現與 咽下有關的實際現象的咽下模擬方法。
[0043] 此外，本發明的第十二方式的咽下模擬方法在第i^一方式中，例如圖25所示那 樣，具備：根據模擬經口攝取品20的咽下時的行為的解析結果來進行與經口攝取品的食用 容易度及/或飲用容易度相關的評價的評價步驟（S080);基於由評價步驟（S080)評價出 的評價結果，決定被視為適當的經口攝取品的物性的物性決定步驟（S090)。
[0044] 若如本方式那樣構成，則通過能夠近似且容易地再現與咽下有關的實際現象的模 擬，能夠高精度地導出經口攝取品的食用容易度及/或飲用容易度適當的經口攝取品的物 性。
[0045] 此外，本發明的第十三方式的程序是用於使計算機執行第十一方式或第十二方式 的咽下模擬方法的計算機可讀取的程序。
[0046] 在此，程序可以保存在計算機內置的存儲部，也可以從網際網路下載，還能夠保存在 計算機可讀取的記錄介質中。另外，本方式的計算機中還包含有如咽下模擬裝置那樣包含 有計算機而構成的裝置的計算機（例如個人計算機PC)。
[0047] 此外，本發明的第十四方式的經口攝取品開發支援裝置200A例如圖26所示那樣， 具備：第八方式的咽下模擬裝置100B ;經口攝取品試製結果記錄部83C，記錄以具有由物性 決定部70決定為適當的物性的方式適當地設定製造條件來進行了試製而得的結果；以及 製造條件決定部84,基於經口攝取品試製結果記錄部83C所記錄的試製結果，決定用於將 經口攝取品的物性設為由物性決定部70決定為適當的物性的製造條件。
[0048] 若這樣構成，則經口攝取品開發支援裝置200A針對動態三維頭頸部模型10a，設 定頭頸部器官的運動、經口攝取品的物性，使用粒子法對經口攝取品的行為進行解析，因 此，能夠容易地再現與咽下有關的實際現象。然後，利用該能夠容易地再現與咽下有關的實 際現象的咽下模擬裝置來對經口攝取品進行評價或診斷，因此，能夠以高可靠性來開發食 用容易度、飲用容易度優良的經口攝取品。
[0049] 此外，本發明的第十五方式的經口攝取品開發支援裝置200A在第十四方式中，例 如圖26所示那樣，具備根據動態畫面上的模擬經口攝取品20的咽下時的行為來對經口攝 取品的食用容易度及/或飲用容易度進行評價或診斷的評價診斷部60,動態畫面是為了模 擬地顯示由運動解析部50解析出的、各頭頸部器官的運動和模擬經口攝取品20的咽下時 的行為的解析結果而由咽下模擬裝置100B在虛擬空間形成的虛擬動態畫面，評價診斷部 60根據虛擬動態畫面上的模擬經口攝取品的行為是否滿足預先規定的條件來進行評價或 診斷。
[0050] 若如本方式那樣構成，則經口攝取品開發支援裝置200A將經口攝取品的行為與 虛擬動態畫面和評價診斷條件存儲部83A所存儲的評價條件或診斷條件進行對照，自動地 評價或診斷，將評價結果或診斷結果結合到經口攝取品開發中，因此，能夠高效地開發出容 易食用或容易飲用的經口攝取品。
[0051] 此外，本發明的第十六方式的經口攝取品開發方法例如圖27所示那樣，具備第 十二方式的咽下模擬方法，具備：經口攝取品試製步驟（S110)，在經口攝取品物性設定 步驟（S040)中，變更經口攝取品的物性來進行設定，反覆進行到其之後的物性決定步驟 (S090)，或者，在經口攝取品物性設定步驟（S040)中，變更經口攝取品的物性來進行設定， 反覆進行到其之後的評價步驟（S080)，然後一次進行物性決定步驟（S090)，進而，以具有 由物性決定步驟（S090)決定為適當的物性的方式適當地設定製造條件來進行試製；以及 製造條件決定步驟（S120)，基於經口攝取品試製步驟（S110)的結果，決定用於將經口攝取 品的物性設為由物性決定步驟（S090)決定為適當的物性的製造條件。
[0052] 若這樣構成，則針對動態三維頭頸部模型10a，設定頭頸部器官的運動、飲經口攝 取品的物性，使用粒子法對經口攝取品的行為進行解析，因此，能夠容易地再現與咽下有關 的實際現象。然後，利用該能夠容易地再現與咽下有關的實際現象的咽下模擬方法來評價 經口攝取品，因此，能夠開發出食用容易度、飲用容易度優良的飲經口攝取品。
[0053] 此外，本發明的第十七方式的經口攝取品開發方法在第十六方式中，例如圖27所 示那樣，動態畫面是為了模擬地顯示由運動解析步驟（S060)解析出的、各頭頸部器官的運 動和模擬經口攝取品20的咽下時的行為的解析結果而由咽下模擬裝置100B在虛擬空間形 成的虛擬動態畫面，顯示步驟（S070)是將解析結果模擬地顯示在虛擬動態畫面上的虛擬 顯示步驟，評價步驟（S060)根據由虛擬顯示步驟模擬地顯示的虛擬動態畫面上的模擬經 口攝取品20的行為是否滿足預先規定的條件來進行評價。
[0054] 若如本方式那樣構成，則經口攝取品開發支援裝置200A對照虛擬動態畫面與評 價診斷條件存儲部83A所存儲的評價條件或診斷條件，自動地評價或診斷經口攝取品的食 用容易度、飲用容易度，並將評價結果或診斷結果結合到經口攝取品的開發中，能夠高效地 開發出容易食用或容易飲用的經口攝取品。
[0055] 此外，本發明的第十八方式的經口攝取品製造方法例如圖28所示那樣，使用由第 十六方式或第十七方式的經口攝取品開發方法的製造條件決定步驟（S120)決定的製造條 件來製造經口攝取品。
[0056] 在經口攝取品開發方法中，典型地講，反覆進行模擬、確認適當的物性、然後設為 適當的物性這樣來決定製造條件，不斷開發經口攝取品，但在經口攝取品製造方法中，只要 在製造步驟中的幾個步驟（例如原料配合步驟或燒制步驟）中使用在經口攝取品開發方法 的製造條件決定步驟（S120)中決定的製造條件來進行製造，就相當於該方式。
[0057] 若這樣構成，則能夠可靠地開發出食用容易度、飲用容易度優良的經口攝取品。
[0058] 為了解決上述課題，本發明的第十九方式的飲食教育支援裝置300A例如圖29所 示那樣，具備：第一方式或第七方式的咽下模擬裝置100A(或100B);評價診斷結果記錄部 83B，根據模擬經口攝取品20的咽下時的行為的解析結果，記錄經口攝取品的食用容易度、 飲用容易度的評價結果或診斷結果；以及教示部85,將由顯示部82顯示在動態畫面上的模 擬經口攝取品20的咽下時的行為與評價診斷結果記錄部83B所記錄的經口攝取品的評價 結果或診斷結果相關聯地進行解說。
[0059] 本方式是應用了第一方式的咽下模擬裝置100A的飲食教育支援裝置300A。在此， 教示可以是教師使用動態畫面或/及教材來進行，也可以是，飲食教育支援裝置中以能夠 與動態圖像連動地作為聲音輸出的方式裝入有應教示的內容，飲食教育支援裝置300A通 過聲音輸出來自動地進行。此外，教示內容可以是基於評價結果或診斷結果來由教示部85 自動地製作，但是優選教育者來進行編輯?補充以使其更易懂。另外，也可以代替第一方式 的咽下模擬裝置100A而應用第七方式的咽下模擬裝置100B。
[0060] 若這樣構成，則使用能夠容易再現與咽下有關的實際現象的咽下模擬裝置來顯示 咽下現象，因此，容易理解經口攝取品的食用容易度或飲用容易度，對於飲食教育是有效 的。
[0061] 為了解決上述課題，本發明的第二十方式的飲食教育方法例如圖30所示那樣，具 備第十一方式的咽下模擬方法；根據模擬經口攝取品20的咽下時的行為的解析結果來進 行與經口攝取品的食用容易度及/或飲用容易度相關的評價的評價步驟（S080);將由顯示 步驟（S070)顯示在動態畫面上的模擬經口攝取品20的咽下時的行為與由評價步驟（S080) 評價出的經口攝取品的評價結果相關聯地進行解說的教示步驟（S082)。
[0062] 本方式是與第十九方式的飲食教育支援裝置300A對應的飲食教育方法。若這樣 構成，則使用能夠容易再現與咽下有關的實際現象的咽下模擬方法來顯示咽下現象，因此， 使受到教示的人容易理解飲經口攝取品的食用容易度或飲用容易度，對於飲食教育是有效 的。
[0063] 本發明的第二i^一方式的咽下模擬裝置400A例如圖31所示那樣，在第一方式至 第八方式的咽下模擬裝置100AU00B中，具備：器官運動決定部75,針對由器官運動設定部 30設定的器官運動參數，根據由運動解析部50解析出的解析結果，決定與被診斷者的症狀 相符的器官運動參數。
[0064] 若這樣構成，則能夠發現各頭頸部器官的功能降低了的部分，有助於診斷。
[0065] 本發明的第二十二方式的診斷支援裝置具備第二十一方式的咽下模擬裝置。
[0066] 若這樣構成，則利用咽下模擬裝置，能夠實現考慮了咽下現象的迅速的診斷。
[0067] 發明效果
[0068] 根據本發明，第一，能夠提供一種能夠容易地近似地再現與咽下有關的實際現象、 即頭頸部器官及飲經口攝取品的行為的咽下模擬裝置、動態三維頭頸部模型、咽下模擬方 法、計算機可讀取的程序、經口攝取品開發支援裝置、經口攝取品開發方法、經口攝取品制 造方法、飲食教育支援裝置、飲食教育方法及診斷支援裝置。
[0069] 第二，能夠提供一種能夠正確地表現咽下時的頭頸部器官及經口攝取品的行為且 能夠將經口攝取品的物性及與行為相關的物理量定量化的咽下模擬裝置、動態三維頭頸部 模型、咽下模擬方法、計算機可讀取的程序、經口攝取品開發支援裝置、經口攝取品開發方 法、經口攝取品製造方法、飲食教育支援裝置、飲食教育方法及診斷支援裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0070] 圖1是用於說明格子法和粒子法的區別的圖。
[0071] 圖2是表示實施例1中的咽下模擬裝置的結構例的圖。
[0072] 圖3是表示實施例1中的動態三維頭頸部模型的結構例的圖。
[0073] 圖4是表示舌頭模型的結構例的圖。
[0074] 圖5是表示舌頭模型的其他結構例（初始的結構例）的圖。
[0075] 圖6是用於說明舌頭構造的重疊的圖。
[0076] 圖7是用於說明具有向中央凹陷的流路的舌頭構造的圖。
[0077] 圖8是表示實施例1中的咽頭模型的結構例的圖。
[0078] 圖9是表示動態三維頭頸部模型中的喉頭的移動和食道入口的敞開的圖。
[0079] 圖10是表示喉頭部模型中的會厭的旋轉運動的圖。
[0080] 圖11是表示喉頭和會厭的連動運動例的圖。
[0081] 圖12是表示水的情況的三維模擬的解析結果的圖。
[0082] 圖13是表示水、牛奶的情況的三維模擬的解析結果的圖。
[0083] 圖14是表不與期切應力和流下速度有關的解析區域的圖。
[0084] 圖15是表示區域A的剪切應力的經時變化的圖。
[0085] 圖16是表示區域B的剪切應力的經時變化的圖。
[0086] 圖17是表示區域B的流下速度的經時變化的圖。
[0087] 圖18是表不與殘存率和誤咽率有關的解析區域的圖。
[0088] 圖19是表示區域C及區域D(合計）的殘存率的圖。
[0089] 圖20是表示區域E的誤咽率的圖。
[0090] 圖21是表示非牛頓流體的情況的三維模擬的解析結果的圖。
[0091] 圖22是表示固體和流體的耦合解析的例子的圖。
[0092] 圖23是表示實施例1的咽下模擬方法的處理流程例的圖。
[0093] 圖24是表示實施例2的咽下模擬裝置的結構例的圖。
[0094] 圖25是表示實施例2的咽下模擬方法的處理流程例的圖。
[0095] 圖26是表示實施例5的經口攝取品開發支援裝置的結構例的圖。
[0096] 圖27是表示實施例5的經口攝取品開發方法的處理流程例的圖。
[0097] 圖28是表示實施例5的經口攝取品製造方法的處理流程例的圖。
[0098] 圖29是表示實施例6的飲食教育支援裝置的結構例的圖。
[0099] 圖30是表示實施例6的飲食教育方法的處理流程例的圖。
[0100] 圖31是表示實施例7的咽下模擬裝置的結構例的圖。
[0101] 圖32是表不實施例7的診斷支援的處理流程例的圖。

【具體實施方式】
[0102] 本申請基於在日本於2012年3月27日申請的特願2012 - 072178號，該在先申 請的內容作為本申請的內容，構成本申請的一部分。通過以下的詳細說明，本發明能夠被完 全理解。本發明的進一步的應用範圍，通過以下的詳細說明也能夠明了。然而，詳細的說明 及特定的實例是本發明的優選的實施方式，僅是以說明為目的進行了記載。對於本領域技 術人員來說，當然能夠根據該詳細的說明，在本發明的精神和範圍內進行各種變更和改變。 申請人:並不意欲將所記載的所有實施方式都獻於公眾，改變、代替方案當中的在表述上未 被包含在權利要求書內的方案，也是等同原則下的發明的一部分。
[0103] 以下，基於附圖對本發明的實施方式進行說明。另外，在各圖中，對相互相同或相 當的部分賦予相同附圖標記，省略重合的說明。
[0104] [粒子法]
[0105] 本實施方式中，作為能夠對液面的大變形、飛沫等進行表現的解析方法，使用將解 析對象的液體或固體作為粒子來處理的粒子法來進行模擬。因此，首先，說明粒子法。
[0106] 圖1示出了以往的解析手法即格子法與新的解析手法即粒子法的區別。圖1(a) 示出了格子法的概念圖，圖1(b)示出了粒子法的概念圖。格子法中，用格子將解析區域 分割，按照每個格子來計算物理量。即，液面的變化是沿著格子的形狀來進行的，飛沫 或液面較大地變形的情況下的解析是很困難的。與此相對，粒子法、特別是MPS (Moving particle-Semi-implicit)法是1995年開發的比較新的解析手法（Koshizuka et al， Comput. Fluid Dynamics J，4, 29-46,1995)。將流體置換為粒子，按照每個粒子來計算物理 量。作為其結果，能夠實現液面的微妙變化的解析，使得飛沫、液面較大地變形的情況下的 解析成為可能。然而，迄今為止沒有使用粒子法的生物體內部的流體?食物塊的解析。於 是，本申請的發明人開發了在生物體內液體?食物塊行為的推斷中應用了粒子法的模擬裝 置和模擬方法。
[0107] 在基於發明人提出的粒子法的二維咽下模擬器（特願2011 - 146780,特願 2011 - 146781)中，作為解析手法採用了粒子法，由此，能夠再現對於現有技術來說困難的 食物塊表面的大變形或飛沫化。
[0108] 然而，存在與二維空間的模擬相比進而三維地更正確地表現咽下時的口腔器官、 咽喉器官等頭頸部器官及飲食品等的行為的要求。此外，存在由於使用程序的制約而很難 將經口攝取品的物性及與行為相關的物理量定量化的問題。
[0109] 為了解決上述問題，發明人開發了三維咽下模擬器。在二維咽下模擬器中，能夠在 單一平面上進行單純化的構造下的解析。在三維模擬器中，還能夠基於醫學見解來再現口 腔、咽頭、喉頭部的正確的構造或行為。此外，三維咽下模擬器進行改善，以使得能夠將在二 維咽下模擬器中作為無維的相對值而設定的經口攝取品（食物塊）的物性（密度、粘度、表 面張力、接觸角、熱容量、熱傳導率、動摩擦係數等）作為有維的數值來設定，並且使得對於 咽下中的食物塊的物理量（時間、位置坐標、速度、壓力、溫度、滑動速度、垂直應力、剪切應 力等），也能夠作為有維的數值來進行抽出，由此來進行定量的評價或診斷。
[0110] 實施例1
[0111] [裝置結構]
[0112] 圖2示出了實施例1中的咽下模擬裝置100A的結構例。實施例1中說明評價者 或診斷者進行經口攝取品的輸入、觀察動態圖像來進行咽下評價或咽下診斷的例子。另外， 關於動態三維頭頸部模型l〇a的結構例，參照圖3。
[0113] 咽下模擬裝置100A包括：形成由頭頸部器官構成的動態三維頭頸部模型10a的頭 頸部建模部10 ;設定動態三維頭頸部模型l〇a(以下僅稱作頭頸部模型）中的各頭頸部器 官的運動的器官運動設定部30 ;設定作為解析對象的經口攝取品及其物性的經口攝取品 物性設定部40 ;向口腔輸入將經口攝取品模型化了的模擬經口攝取品（包括模擬飲食品、 模擬醫藥品或模擬準醫藥品）20的輸入部81 ;使用粒子法在三維空間對頭頸部模型10a中 的各頭頸部器官的運動和模擬經口攝取品20的咽下時的行為進行解析的運動解析部50 ; 將由運動解析部50解析出的、各頭頸部器官的運動和模擬經口攝取品20的咽下時的行為 的解析結果顯示在動態畫面上的顯示部82 ;基於評價者或診斷者觀察動態畫面來對經口 攝取品進行了評價或診斷而得的評價結果或診斷結果，決定被視為適當的經口攝取品的物 性的物性決定部70 ;控制咽下模擬裝置100A及其各部來執行咽下模擬裝置100A的各功能 的控制部90 ;以及存儲動態三維頭頸部模型10a、設定條件（器官運動、經口攝取品的物性 等）、解析結果、評價結果或診斷結果的存儲部83。此外，顯示部82還將頭頸部模型10a、設 定條件（器官運動、經口攝取品的物性等）、評價結果或診斷結果等顯示在畫面上。其中， 頭頸部建模部10、器官運動設定部30、經口攝取品物性設定部40、運動解析部50、物性決定 部70、控制部90能夠通過個人計算機PC來實現，設置在個人計算機PC內。評價者或診斷 者觀察顯示部82的動態畫面來進行評價或診斷，將評價結果或診斷結果從輸入部81輸入。 所輸入的評價結果或診斷結果被記錄在存儲部83的評價診斷結果記錄部83B中。在此，將 醫師或牙科醫師在健康診斷或醫療行為中進行模擬來評價解析結果的情形稱作診斷，與一 般人所進行的評價進行區別。即，在本說明書中，評價是不包括診斷的。
[0114] 作為咽下模擬的對象，能夠處理除了飲食品之外還包含醫藥品、準醫藥品的經口 攝取品。此外，根據情況不同，非經口攝取的物質（例如彈球等）也能夠作為咽下模擬的對 象來處理，以進行誤飲、窒息的驗證。經口攝取品物性設定部40如果經口攝取品為液體，則 設定液量?粘度?表面張力?比重?熱傳導率?比熱等物性，如果經口攝取品為固體，則設 定形狀?尺寸?彈性係數?拉伸強度?屈服點?屈服點應力?粘度的滑動速度依存性?動 態粘彈性?靜態粘彈性?壓縮應力?斷裂應力?斷裂變形?硬度?附著性?凝結性?熱 傳導率?比熱等物性，如果經口攝取品為半固體（有可塑性但是無流動性），則設定量?粘 度?比重?屈服點?屈服點應力?粘度的滑動速度依存性?動態粘彈性?靜態粘彈性?壓 縮應力?附著性?凝結性等物性。
[0115] 動態三維頭頸部模型l〇a與口腔器官的實際的運動相應地形成，隨時間進行變 形，這對於進行高精度的解析是優選的，因此，將模型整體作為粒子（剛體、粉末體、彈性 體、塑性體、彈塑性體）來處理較好，但是，若粒子數增加則進行三維空間的解析的計算機 PC的負荷會增大，因此，為了使解析簡單?容易，將頭頸部器官設定為多邊形來進行解析是 商效的。
[0116] 輸入部81由滑鼠、鍵盤等輸入設備構成，將要投入的模擬經口攝取品20投入到口 腔內。例如用滑鼠將光標向口腔內拖拽，模擬經口攝取品20向口腔內的投入位置設為例如 口腔內的牙的附近（例如模擬經口攝取品的長度的2倍以內），將剛拖拽完的時間設為投入 時間。
[0117] 運動解析部50中，對頭頸部器官的運動所伴隨的、模擬經口攝取品20(以下僅稱 作經口攝取品）的咽下時的行為進行解析。通過舌頭11的行波的波動運動、會厭12a的旋 轉運動、喉頭12的往復運動等，使得投入到頭頸部內部的經口攝取品運動。經口攝取品的 運動通過粒子法而被解析。經口攝取品不管是固體?半固體?液體的哪個都作為多邊形或 粒子來處理（為了減輕計算負荷也有時作為多邊形處理）。
[0118] 顯示部82將經口攝取品的行為的解析結果顯示在動態畫面上。也能夠將動態圖 像的1個鏡頭作為靜止圖像來進行顯示，也能夠逆回時間來進行倒回顯示。
[0119] 存儲部83存儲頭頸部模型10a、器官特性、設定條件、解析結果、評價結果或診斷 結果等。
[0120] 評價或診斷是評價者或診斷者觀察顯示部82的動態畫面來進行的。例如在顯示 部82所顯示的評價表或診斷表的表格中輸入〇X、等級、分數等。評價結果或診斷結果被 記錄在評價診斷結果記錄部83B中。通過由經口攝取品物性設定部40使經口攝取品的物 性值變化來進行評價或診斷，能夠求出經口攝取品的適當的物性值。物性決定部70基於評 價診斷結果記錄部83B所記錄的評價結果或診斷結果自動地決定被視為適當的經口攝取 品的物性。另外，由人來決定的情況在實施例4中示出。物性數可以是單數也可以是多個。 適當的物性例如可以製作適當的範圍的映射圖來表示，也可以將適當的範圍分為多個級別 (等級A?等級C等）來表示，也可以表示多個點，還可以表示最佳的1點。當應求出的物 性有多種時，也可以使用多維的主成分分析來求出適當的物性的範圍。
[0121] 控制部90控制咽下模擬裝置100A及其各部，使其執行咽下模擬裝置100A的各功 能。控制部90在內置存儲器中存有咽下模擬器（解析用軟體）。
[0122] [頭頸部模型]
[0123] 圖3中示出了本實施例的頭頸部模型10a的結構例。圖3(a)示出了頭頸部模型 10a的立體圖，圖3(b)示出了主視圖，圖3(c)示出了側視圖，圖3(d)示出了 A - A截面圖。 圖中，11為舌頭（包含頦舌肌Ilf (參照圖4))，12為喉頭，12a為會厭（也稱作喉頭蓋），13 為氣管，14為咽頭（14a為咽頭的管壁，14b為咽頭的黏膜），15為顎（15a為硬顎，15b為軟 顎），16為頜（包含頦部16a)，17為口腔，18為食道（18a為食道入口，18b為食道的管壁）， 20為作為模擬經口攝取品的球狀食物塊。
[0124] 粒子法中，若粒子數增加則計算機的負擔會增加，解析花費時間。本實施例中，將 經口攝取品作為粒子（流體）來表現，將各口腔器官作為通過多邊形距離函數製作出的壁 邊界（將即使從流體等受到了外力也不會移動的壁作為距離函數而配置在空間內的邊界） 來表現，由此，能夠簡化頭頸部模型l〇a，減輕了計算機的負擔。各頭頸部器官的運動（行波 的波動運動、旋轉運動、往復運動等）由器官運動設定部30來設定。
[0125] 當製作頭頸部模型10a時，根據通過解剖而理解的構造的見識、以及從CT (計算 機斷層攝影：Computed Tomography)圖像可大致讀取出的軟顎15b或舌頭11的形態及氣 管13的形態，推斷出了咽頭14和食道入口 18a的位置。使用CG(計算機圖形：Computer Graphics)用軟體（Autodesk3ds Max等），對舌頭11、軟顎15b、咽頭14和食道入口 18a、會 厭12a和喉頭12的構造進行了建模。接下來，對所得到的動態三維頭頸部模型10a，重疊 由 VF(咽下造影檢查：Videofluoroscopic examination of swallowing)得到的咽下時的 造影圖像（正視及側視圖），對立體構造進行了修正。進而，對空間區域的三維的變化的概 略，參照咽下的電影MRI (電影磁共振圖像：Cine Magnetic Resonance Imaging)的動畫， 賦予了運動。另外，電影MRI是基於心率同步的心臟攝影法的原理（同步取樣法）的擴展 形。首先，通過向MRI裝置的觸發的一定間隔的輸入和與觸發同步的咽下運動的反覆，得到 多個截面的MRI動畫。對該多個截面的MRI動畫進行立體構建，進而配置在時間軸上，由此 得到了4維的重構圖像。
[0126] 使用圖3的頭頸部模型10a模擬了咽下運動。當模擬時，使用距離函數對頭頸部 模型l〇a進行了表現。粒子法中，對位於空間點（三維坐標）的經口攝取品（粒子），處於 最短距離的器官最強地作用，隨著距離變遠而作用變弱。距離函數是指對空間點（三維坐 標），用到頭頸部模型l〇a為止的最短的距離進行了定義的函數，若使用距離函數，則能夠 容易地進行頭頸部模型l〇a的重疊（在空間點中定義了與全部頭頸部器官之間的距離的最 小值）。由於頭頸部模型l〇a的重疊容易，因此，對分割的各頭頸部器官單獨地設定移動量， 之後再重疊，由此，能夠再現咽下運動。
[0127] [舌頭模型]
[0128] 圖4示出了舌頭模型10b的結構例。圖4(a)示出了舌頭11的肌肉（從下頜骨的 頦部16a延伸的頦舌肌Ilf)的配置，圖4(b)示出了沿著頦舌肌Ilf被分割為扇形的舌頭 模型l〇b。舌頭模型10b由頭頸部建模部10來形成，舌頭的運動由器官運動設定部30來設 定。舌頭模型l〇b需要再現舌頭11對食物塊的輸送。舌頭模型10b設為如下的構造：將頦 舌肌的起始即下頜骨的頦部16a作為扇的扇軸，沿著從起始延伸的頦舌肌Ilf將舌頭11分 割為扇形。分割例如在將嘴唇作為前、將咽喉作為後時的前後方向上進行n分割（本實施 例中n = 5)，在橫方向上未進行分割。將分割後的各部稱作扇形部11a?lie。舌頭11的 運動對經口攝取品的輸送，是通過使各扇形部11a?lie在半徑方向上振動、使從前方朝向 後方振動的相位依次錯開來實現的。振動例如設定成，以頦舌肌Ilf為中心按照振幅5_、 頻率1. 1Hz進行振動，各扇形部11a?lie從近前側朝向裡側依次使振動定時（相位）延 遲 0? Is。
[0129] 圖5示出了舌頭模型的其他結構例（初始的結構例）。圖5(a)示出了分割前的舌 頭模型，圖5(b)示出了分割後的舌頭模型。如圖5(b)所示那樣，最初研究了將舌頭11進 行6X6 = 36分割的模型，但是，未能夠如預料那樣再現順滑的舌頭11的運動，而且由於進 行36分割導致了對PC(Personal Computer)的負荷增大，解析無法正常地進行。因此，考 慮將分割數設為最小，從而想到了圖4的模型。但是，在PC的處理能力提高了的情況下，也 有可能使用該36分割等多分割模型。
[0130] 此外，在這次的實施例中，為了減輕計算負荷而使用了將舌頭11進行分割的模 型，但是，也可以不進行分割，對形狀變化了的舌頭模型按照各計算時間分別進行讀入，能 夠模擬更加順滑的行波的波動運動。
[0131] 圖6是用於說明舌頭構造的重疊的圖。圖6(a)示出了重疊前的舌頭構造，圖6(b) 示出了重疊後的舌頭構造，圖6(c)示出了重疊的細節。若在重疊前單純地使舌頭11的各 扇形部11a?lie進行振動運動，則如圖6(a)所示那樣，在各扇形部11a?lie的間隙處 切斷面會露出在外，因此，如圖6(b)及圖6(c)所示那樣，在各扇形部11a?lie的切斷面 製作例如高度5_的圓頂形狀，使2個構造重疊，由此，能夠避免出現縫隙。
[0132] 圖7是用於說明具有在中央凹陷的流路的舌頭構造的圖。圖7(a)是表示對平常時 的舌頭構造重疊了中央凹陷的舌頭構造（舌頭表面部）llg後的模型的立體圖，圖7(b)是 說明平常時的舌頭構造（扇形部）11a?lie相對於中央凹陷的舌頭構造（舌頭表面部）llg 的運動的圖。圖7(b)中，作為舌頭11而示出的部分中，各扇型部11a?lie在前後方向上 重疊。平常時的舌頭構造11a?lie是圖6(b)、（c)的舌頭構造，中央凹陷的舌頭構造（舌 頭表面部）llg是左右兩側沿著半徑方向延伸並在中央部分具有凹陷的構造。使該中央凹 陷的舌頭構造llg與平常時的舌頭構造11a?lie重合。於是，中央凹陷的舌頭構造llg的 左右兩側沿著半徑方向而構成壁面，平常時的舌頭構造（各扇形部）11a?lie的表面在中 央凹陷的舌頭構造llg的凹陷中在半徑方向上振動（圖7(b)中為上下振動）。舌頭11的 輸送中，根據在舌頭11的中心聚集食物塊20並使食物塊20流入這樣的醫學見識，通過還 具備剛要咽下時的中央凹陷的舌頭構造llg，確保了食物塊（模擬經口攝取品）20的流路。
[0133] 而且，將各扇形部11a?lie的半徑方向的振幅設為了例如10?15mm。此外，在 咽下時除了振動運動之外，還對各扇形部11a?lie賦予向圓周方向裡側的例如15°的旋 轉運動（一邊振動一邊以扇的扇軸為中心進行總計15°的旋轉）。通過錯開了相位的扇形 部11a?lie的振動和旋轉運動，進行食物塊的輸送。另外，上述的振幅、頻率、振動的定時、 重疊高度、旋轉角度為1例，能夠在良好的範圍內（例如±20% )自由地設定。
[0134] 而且，設為通過舌頭11的最裡側的扇形部lie來壓入模擬經口攝取品20。扇形部 lie的具體的壓入的運動例如下述那樣。在咽下的定時之前，與其他扇形部11a?lid同樣 地一邊以振幅10mm進行振動一邊同時進行旋轉。但是，其他扇形部11a?lid花費0. 3秒 來進行旋轉15度的運動，與此相對，最裡側的扇形部1 le旋轉0. 1秒就停止（僅旋轉5度）， 然後，花費0.2秒來反轉15度。在該反轉中示出了如下行為：以扇形的扇軸為中心的振動 運動在反轉開始時為最大振幅，朝向旋轉中心側而緩緩地減小。然後，扇形部lie用0.2秒 旋轉10度，幾乎返回到咽下前的狀態，等待下一次的咽下運動。在該返回時模擬經口攝取 品20被壓入。
[0135] 使用該舌頭模型10b，改變重力方向來進行解析，確認到了舌頭11的運動對食物 塊（在此為水物性）20的輸送得以實現。
[0136] [喉頭部模型]
[0137] 必須要再現食道18的入口在平常時關閉、在咽下時食道18敞開的樣態。喉頭部 模型l〇c通過會厭12a和喉頭12的運動，來實現食道18和喉頭12的敞開和閉塞。喉頭部 模型l〇c由頭頸部建模部10來形成，其運動由器官運動設定部30來設定。
[0138] 圖8示出了喉頭部模型10c的結構例。喉頭部模型10c由會厭12a和喉頭12構 成。會厭12a具有與喉頭12相連的孔，喉頭12為管狀，會厭12a是喉頭12的入口（喉頭 口）的管的周圍的堤壩狀的隆起。喉頭12在承載著會厭12a的狀態下進行向下頜骨頦部 16a方向和其相反側移動的往復運動和會厭12a在喉頭12上旋轉的旋轉運動。在此，喉頭 12的移動和會厭12a的旋轉同時進行。該期間，咽頭14向上方向縮短並且內腔收縮。
[0139] 圖9示出了動態三維頭頸部模型10a中的喉頭12的移動和食道入口 18a的敞開。 圖9(a)示出了喉頭12移動前（平常時）的食道入口 18a被閉塞了的狀態，圖9(b)示出了 喉頭12移動後的食道入口 18a被敞開了的狀態。此外，圖9(c)是表示平常時（食道入口 18a閉塞狀態時）的喉頭部模型10c的截面的圖。如圖9(a)、（b)所示那樣，平常時，喉頭 12位於下頜骨的頦部16a的斜下方向，咽下時，向斜上方向即下頜骨的頦部16a的方向移動 而使食道入口 18a敞開。圖9(a)的箭頭表示喉頭部12c的移動方向。此外，如圖9(c)所 示那樣，平常時，食道入口 18a被上食道括約肌閉塞，食道18的前壁與氣管13的後壁接觸。
[0140] 圖10示出了喉頭部模型10c中的會厭12a的旋轉運動。圖10(a)示出了旋轉前 的狀態，圖10(b)示出了旋轉後的狀態。圖10(b)中用箭頭表示喉頭12的移動方向和會厭 12a的旋轉方向。旋轉的角度與現實的運動進行對照而被設定為例如135度。咽下時，喉頭 12向下頜骨的頦部16a側移動，食道入口 18a被敞開，並且，通過會厭12a的旋轉運動而將 喉頭12的入口閉塞。
[0141] 圖11示出了喉頭部模型l〇c (喉頭部為12c)中的喉頭12和會厭12a的連動運動 例。圖11 (a)示出了 0? Osec的狀態，（b)示出了 0? 2sec的狀態，（c)示出了 0? 4sec的狀 態，（d)示出了 0. 5sec的狀態，（e)示出了 0. 6sec的狀態，（f)示出了 0. 7sec的狀態，（g) 示出了 0. 8sec的狀態，（h)示出了 0. 9sec的狀態，（i)示出了 1. Osec的狀態。會厭12a在 0. 2sec開始傾斜，在0. 6sec橫倒，在0. 7sec成為最大135度，然後反轉，在1. Osec復原。 喉頭12在0. 6sec開始移動，在0. 7sec成為最大，在0. 9sec復原。圖中的箭頭示出了來到 舌頭（扇形部）11的最上部的部分。另外，設有所述的在會厭12a的倒下的瞬間舌頭（扇 形部）的最裡側部lie進行5mm壓入的運動。
[0142] [咽下模擬器]
[0143] 用於執行本實施方式的咽下模擬方法的模擬器（解析軟體）進行頭頸部器官的建 模，使用粒子法對通過口腔及咽喉時的流體?食物塊的行為進行解析。
[0144] 根據模擬器的解析結果，例如：
[0145] (a)基於經口攝取品的物性值的不同，推斷咽下?誤咽?誤飲?窒息風險，
[0146] (b)基於經口攝取品的物性值的不同，推斷咽下時間，
[0147] (c)基於經口攝取品的物性值的不同，推斷咽喉壁（氣管或咽頭的管璧）受到的 力、以及剪切應力，
[0148] (d)根據上述數據和感官評價或感官診斷的相關性，評價或診斷經口攝取品的飲 用容易度?食用容易度、飲用困難度?食用困難度。
[0149] 評價或診斷有評價者或診斷者進行的情況和咽下模擬裝置自動進行的情況。本實 施例中由評價者或診斷者來進行。
[0150] 咽下模擬器是使用三維粒子法解析軟體來製作的。本解析軟體具有如下特徵：能 夠將流體的物性值或時間作為數值直接輸入，通過適當地改變各自的物理量，而能夠進行 定量的解析。
[0151] [解析事例1]
[0152] 在所設有的咽下運動中，通過投入各種物性的經口攝取品（食物塊），來解析咽下 時的食物塊的行為。首先，作為模擬經口攝取品20,舉例水，帶入水的物性值來進行了解析。
[0153] 表1示出了解析所使用的水的物性值。與二維模擬器的解析不同，在物性值中帶 入有單位的數值。將解析所使用的粒子的粒徑設為1mm，投入了約3ml的食物塊。另外，粒 子的粒徑能夠由運動解析部50任意地設定。
[0154] [表 1]
[0155] 物性值（水）設定
[0156]

【權利要求】
1. 一種咽下模擬裝置，其中，具備： 頭頸部建模部，形成由頭頸部器官構成的動態三維頭頸部模型； 器官運動設定部，設定所述動態三維頭頸部模型中的各頭頸部器官的運動； 經口攝取品物性設定部，設定作為解析對象的經口攝取品及其物性； 輸入部，向口腔輸入將所述經口攝取品模型化了的模擬經口攝取品； 運動解析部，使用粒子法在三維空間對所述動態三維頭頸部模型中的各所述頭頸部器 官的運動和所述模擬經口攝取品的咽下時的行為進行解析；以及 顯示部，將由所述運動解析部解析出的各所述頭頸部器官的運動和所述模擬經口攝取 品的所述咽下時的行為的解析結果，顯示在動態畫面上。
2. 如權利要求1記載的咽下模擬裝置，其中， 所述頭頸部建模部將所述頭頸部器官設定為多邊形或粒子； 所述運動解析部將所述模擬經口攝取品作為多邊形或粒子來處理。
3. 如權利要求2記載的咽下模擬裝置，其中， 所述頭頸部建模部形成將舌頭在外裡側方向上分割為以頦舌肌的起始即下頜骨的頦 部為扇軸的η個扇形部的構造，其中，η為2以上的整數； 所述器官運動設定部設定行波的波動運動，使得通過各扇形部在半徑方向上具有規定 的相位差地連動振動來將所述模擬經口攝取品向裡側方向輸送。
4. 如權利要求3記載的咽下模擬裝置，其中， 所述頭頸部建模部形成如下構造：為了避免由於所述各扇形部的振動在所述各扇形部 之間產生間隙，而使所述各扇形部的表面部分相互重疊，而且形成如下構造：使左右兩側沿 著半徑方向延伸且在中央部分具有凹陷的舌頭表面部重合在所述各扇形部的表面部分上， 在靜止狀態的舌頭表面部的所述凹陷中所述各扇形部在半徑方向上進行振動； 所述器官運動設定部設定成，在咽下時，各扇形部向圓周方向裡側旋轉規定的角度，在 咽下最終時，由所述舌頭的最裡側的扇形部將所述模擬經口攝取品壓入。
5. 如權利要求3或4記載的咽下模擬裝置，其中， 所述頭頸部建模部形成如下構造：將所述動態三維頭頸部模型分割為咽頭、喉頭部和 食道，將所述喉頭部分割為會厭和喉頭，在咽下開始前，將所述食道的食道入口閉塞，在咽 下時，使所述食道入口擴張，咽頭收縮； 所述器官運動設定部設定成，在咽下時，使所述喉頭向下頜骨的頦部方向移動來使所 述食道入口敞開，咽頭收縮，接著通過使所述會厭向裡側旋轉規定的角度，將喉頭入口閉 塞。
6. 如權利要求1至5中任一項記載的咽下模擬裝置，其中， 所述經口攝取品物性設定部作為解析對象，設定不同物性的液體、半固體或固體的多 個模擬經口攝取品； 所述運動解析部針對所述多個模擬經口攝取品，規定自由表面和所述多個模擬經口攝 取品間的邊界，進行所述多個模擬經口攝取品的連動行為的解析。
7. 如權利要求1至6中任一項記載的咽下模擬裝置，其中， 具備： 評價診斷部，根據所述動態畫面上的所述模擬經口攝取品的所述咽下時的行為，對所 述經口攝取品的食用容易度及/或飲用容易度進行評價或診斷； 所述動態畫面是為了模擬地顯示由所述運動解析部解析出的各所述頭頸部器官的運 動和所述模擬經口攝取品的咽下時的行為的解析結果而通過咽下模擬裝置在虛擬空間形 成的虛擬動態畫面； 所述評價診斷部根據所述虛擬動態畫面上的模擬經口攝取品的行為是否滿足預先規 定的條件來進行評價或診斷。
8. 如權利要求1或7記載的咽下模擬裝置，其中， 具備： 評價診斷結果記錄部，根據所述模擬經口攝取品的所述咽下時的行為的解析結果，記 錄與所述經口攝取品的食用容易度及/或飲用容易度相關的評價結果或診斷結果；以及 物性決定部，基於所述評價診斷結果記錄部所記錄的評價或診斷結果，決定被視為適 當的經口攝取品的物性。
9. 一種動態三維頭頸部模型，由頭頸部器官構成，其中， 該動態三維頭頸部模型被設為將舌頭在外裡側方向上分割為以頦舌肌的起始即下頜 骨的頦部為扇軸的η個扇形部的構造，其中，η為2以上的整數； 該動態三維頭頸部模型被設定成進行通過各扇形部在半徑方向上具有規定的相位差 地連動振動來將所述模擬經口攝取品向裡側方向輸送的行波的波動運動。
10. 如權利要求9記載的動態三維頭頸部模型，其中， 該動態三維頭頸部模型被設為如下構造：為了避免由於所述各扇形部的振動在所述各 扇形部之間產生間隙，而使所述各扇形部的表面部分相互重疊，而且，被設為如下構造：使 具有左右兩側沿半徑方向延伸且在中央部分具有凹陷的舌頭表面部重合在所述各扇形部 的表面部分上，在靜止狀態的舌頭表面部的所述凹陷中所述各扇形部在圓周方向上進行振 動； 該動態三維頭頸部模型被設定成，在咽下時，各扇形部向圓周方向裡側旋轉規定的角 度，接著，由所述舌頭的最裡側的扇形部將所述模擬經口攝取品壓入； 該動態三維頭頸部模型被設為如下構造：該動態三維頭頸部模型被分割為咽頭、喉頭 部和食道，喉頭部被分割為會厭和喉頭，在咽下開始前，將所述食道的食道入口閉塞，在咽 下時，使食道入口擴張，咽頭收縮； 該動態三維頭頸部模型被設定成，在咽下時，使所述喉頭向下頜骨的頦部方向移動而 使食道入口敞開，咽頭收縮，接著，通過使所述會厭向裡側旋轉規定的角度，將食道入口閉 塞。
11. 一種咽下模擬方法，其中， 具備： 頭頸部建模步驟，形成由頭頸部器官構成的動態三維頭頸部模型； 器官運動設定步驟，設定所述動態三維頭頸部模型中的各頭頸部器官的運動； 經口攝取品物性設定步驟，設定作為解析對象的經口攝取品及其物性； 輸入步驟，向所述口腔輸入將所述經口攝取品模型化了的模擬經口攝取品； 運動解析步驟，使用粒子法，對所述動態三維頭頸部模型中的各所述頭頸部器官的運 動和所述模擬經口攝取品的咽下時的行為進行解析；以及 顯示步驟，將由所述運動解析步驟在三維空間解析出的各所述頭頸部器官的運動和所 述模擬經口攝取品的所述咽下時的行為的解析結果，顯示在動態畫面上。
12. 如權利要求11記載的咽下模擬方法，其中， 具備： 評價步驟，根據所述模擬經口攝取品的所述咽下時的行為的解析結果，進行與所述經 口攝取品的食用容易度及/或飲用容易度相關的評價；以及 物性決定步驟，基於由所述評價步驟評價出的評價結果，決定被視為適當的經口攝取 品的物性。
13. -種計算機可讀取的程序，其中， 用於使計算機執行權利要求11或12記載的咽下模擬方法。
14. 一種經口攝取品開發支援裝置，其中， 具備： 權利要求8記載的咽下模擬裝置； 經口攝取品試製結果記錄部，記錄以具有由所述物性決定部決定為適當的物性的方式 適當地設定製造條件進行了試製的結果；以及 製造條件決定部，基於所述經口攝取品試製結果記錄部所記錄的試製結果，決定用於 將所述經口攝取品的物性設為由所述物性決定部決定為適當的物性的製造條件。
15. 如權利要求14記載的經口攝取品開發支援裝置，其中， 具備： 評價診斷部，根據所述動態畫面上的所述模擬經口攝取品的所述咽下時的行為，對所 述經口攝取品的食用容易度及/或飲用容易度進行評價或診斷； 所述動態畫面是為了模擬地顯示由所述運動解析部解析出的各所述頭頸部器官的運 動和所述模擬經口攝取品的咽下時的行為的解析結果而由咽下模擬裝置在虛擬空間形成 的虛擬動態畫面； 所述評價診斷部根據所述虛擬動態畫面上的模擬經口攝取品的行為是否滿足預先規 定的條件來進行評價或診斷。
16. -種經口攝取品開發方法，其中，具備： 權利要求12記載的咽下模擬方法； 經口攝取品試製步驟，在所述經口攝取品物性設定步驟中，變更所述經口攝取品的物 性來進行設定，反覆進行到之後的物性決定步驟；或者，在所述經口攝取品物性設定步驟 中，變更所述經口攝取品的物性來進行設定，反覆進行到之後的評價步驟，然後一次進行物 性決定步驟；進而，以具有由所述物性決定步驟決定為適當的物性的方式適當地設定製造 條件來進行試製；以及 製造條件決定步驟，基於所述經口攝取品試製步驟的結果，決定用於將所述經口攝取 品的物性設為由所述物性決定步驟決定為適當的物性的製造條件。
17. 如權利要求16記載的經口攝取品開發方法，其中， 所述動態畫面是為了模擬地顯示由所述運動解析步驟解析出的各所述頭頸部器官的 運動和所述模擬經口攝取品的咽下時的行為的解析結果而由咽下模擬裝置在虛擬空間形 成的虛擬動態畫面； 所述顯示步驟是將所述解析結果模擬地顯示在所述虛擬動態畫面上的虛擬顯示步 驟； 所述評價診斷步驟根據由所述虛擬顯示步驟模擬地顯示的虛擬動態畫面上的模擬經 口攝取品的行為是否滿足預先規定的條件來進行評價。
18. -種經口攝取品製造方法，其中， 使用權利要求16或17記載的經口攝取品開發方法的製造條件決定步驟中決定出的制 造條件來製造所述經口攝取品。
19. 一種飲食教育支援裝置，其中， 具備： 權利要求1或7記載的咽下模擬裝置； 評價診斷結果記錄部，根據所述模擬經口攝取品的所述咽下時的行為的解析結果，記 錄所述經口攝取品的食用容易度、飲用容易度的評價結果或診斷結果；以及 教示部，將由所述顯示部在動態畫面上顯示的所述模擬經口攝取品的咽下時的行為， 與所述評價診斷結果記錄部所記錄的經口攝取品的評價結果或診斷結果相關聯地進行解 說。
20. -種飲食教育方法，其中， 具備： 權利要求11記載的咽下模擬方法； 評價步驟，根據所述模擬經口攝取品的所述咽下時的行為的解析結果，進行與所述經 口攝取品的食用容易度及/或飲用容易度相關的評價； 教示步驟，將由所述顯示步驟在動態畫面上顯示的所述模擬經口攝取品的咽下時的行 為，與由所述評價步驟評價出的經口攝取品的評價結果相關聯地進行解說。
21. 如權利要求1至8中任一項記載的咽下模擬裝置，其中， 具備： 器官運動決定部，針對由所述器官運動設定部設定的器官運動參數，根據由所述運動 解析部解析出的所述解析結果，決定與所述被診斷者的器官的行為或症狀相符的器官運動 參數。
22. -種診斷支援裝置，其中， 具備權利要求21記載的咽下模擬裝置。
【文檔編號】A61B5/11GK104302228SQ201380017017
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年3月18日 優先權日:2012年3月27日
【發明者】道肋幸博, 羽生圭吾, 神谷哲, 外山義雄, 村上裡香 申請人:株式會社明治, 道肋幸博