咽下模拟装置及方法

咽下模拟装置及方法
【专利摘要】提供容易近似地再现与咽下有关的实际现象的咽下模拟装置。具备：口腔建模部（10），形成由口腔器官构成的口腔模型（11）；器官特性设定部（20），设定口腔模型（11）中的各口腔器官的器官特性；器官运动设定部（30），设定口腔模型（11中的各口腔器官的运动；食品物性设定部（40），设定作为解析对象的食品及其物性；输入部（81），向口腔输入将所述食品模型化了的模拟食品；运动解析部（50），使用粒子法对口腔器官模型（11）中的各口腔器官的运动和模拟食品（41）的咽下时的行为进行解析；和显示部（82），将由运动解析部（50）解析出的各所述口腔器官的运动和模拟食品（41）的咽下时的行为的解析结果，显示在动态画面上。
【专利说明】咽下模拟装置及方法【技术领域】[0001]本发明涉及咽下模拟装置及方法。详细地讲，涉及使用粒子法对通过口腔、进而咽喉时的流体.食物块的行为进行解析的咽下模拟装置及方法。【背景技术】[0002]咽下动作、特别是咽下时的食品物性和口腔器官的运动很复杂，要正确地掌握现象本身是非常困难的。但是，在医疗或护理的现场，为了防止老龄者、残障者发生误咽、误饮，不断进行着各种摸索，努力减少误咽.误饮风险。此外，鉴于如今的由魔芋胶冻引起的窒息事故，认识到了食品全都需要用客观的数值或指标来保证食品的安全性。[0003]关于咽下现象的解释，有如下两个方法，即，咽下造影或肌电位测定等直接得到生物体信息的方法、以及使用咽下机器人或数值模拟等来间接地得到信息的方法。[0004]图13示出了咽下造影(X射线摄影像)的例子。在左图，液体49处于口腔内，在中图，液体的一部分流入咽喉，在右图，液体被饮入而变没了。[0005]图14示出了肌电位测定的例子。对咬肌和舌骨上肌肉群安装电极来测定肌电位波形。对肌电位波形进行积分而算出肌活动量。[0006]直接得到生物体信息的方法一方面能够掌握咽下时的正确行为，而另一方面却存在为了获取各种条件下的数据而给受检者带来很大负担的缺点。[0007]另一方面，作为间接地得到信息的方法之一，有咽下机器人(参照非专利文献I)的利用。咽下机器人对于理解咽下现象的简易原理是充分有用的，但是，对机器人的口腔器官的行为、构造进行变更并不容易。[0008]此外，以往进行的是与生物体内的流体.固形物等食物块的行为有关的数值解析。 关于流体，进行使用了用被称作网格的格子对解析对象区域内进行划分、对其格子点、格子内部的物理量(速度、温度、压力)进行解析的格子法的计算(参照非专利文献2)。此外，在将食物块作为半固体来处理的情况下，进行使用了有限要素法等、机械部件的构造解析手法的计算(参照非专利文献3)。[0009]先行技术文献[0010]非专利文献[0011]非专利文献1:小林等 ，口力卜口二夕7講演会講演概要集，2005， 117[0012]非专利文献2:神津等，化学工学会秋季大会講演要旨集41次，2009，P09[0013]非专利文献3:水沼等，日本機械学会年次大会講演論文集，2005 (2),83-84
【发明内容】
[0014]发明要解决的课题[0015]但是，在作为以往的数值解析的主流的格子法中，很难捕捉到实际咽下时的流体.食物块所呈现的、表面的大变形及飞沫化等现象，要再现实际现象是非常困难的。[0016]本发明的目的在于提供一种能够容易近似地再现与咽下有关的实际现象的咽下模拟装置及咽下模拟方法。[0017]用于解决课题的手段[0018]为了解决上述课题，本发明的第一方式所涉及的咽下模拟装置100A例如图2所示那样具备:口腔建模部10，形成由口腔器官构成的口腔模型11 (参照图3);器官特性设定部20，设定口腔模型11中的各口腔器官的器官特性；器官运动设定部30，设定口腔模型11 中的各口腔器官的运动；食品物性设定部40，设定作为解析对象的食品、医药品或者准医药品(quas1- drug)(以下称作食品等)及其物性；输入部81,向口腔输入将食品等模型化了的模拟食品；运动解析部50，使用粒子法，对口腔器官模型11中的各口腔器官的运动和模拟食品41 (参照图4)的咽下时的行为进行解析；以及显示部82，将由运动解析部50解析出的各口腔器官的运动和模拟食品41的咽下时的行为的解析结果，显示在动态画面上。[0019]在此，口腔器官由口腔壁12、食道13、气道14、舌头15、软腭16、会厌(也称作喉头盖)17等构成(参照图3)。口腔壁12由硬腭(靠前侧)和软腭16 (靠里侧)构成。软腭16 是硬腭后方的柔软的粘膜状的部分，包括腭帆和腭垂。腭帆在咽下时对鼻腔和口腔进行遮挡。腭垂是从腭帆下垂的部位。口腔模型11包含上述各口腔器官而构成。食道13及气道 14只包含入口部分即可。口腔模型11优选与口腔器官的实际运动相应地被形成，但是，为了使解析简单?容易化，也可以限定可动部分。各口腔器官的器官特性包含尺寸、是弹性体还是刚体，在是弹性体的情况下，包含有弹性系数等。各口腔器官的运动包含有移动、旋转、 周期性的运动等。作为食品等的物性，如果食品是液体，则包含液量.粘度.表面张力.比重，如果是半固体(虽然有塑性但是不具有流动性)，则包含量.粘度.比重.屈服点.屈服点应力.粘度的滑动速度依存性.动态粘弹性.静态粘弹性.压缩应力.附着性.凝结性， 如果是固体，则包含形状.尺寸.弹性系数.拉伸强度.屈服点.屈服点应力.粘度的滑动速度依存性.动态粘弹性.静态粘弹性.压缩应力.断裂应力.断裂变形.硬度.附着性.凝结性等。此外，所谓模拟食品的咽下时的行为典型地是指从口腔经由咽喉而向食道移动的行为，但也可能是不到达咽喉或食道而返回到口腔的情况或进入到了气道或鼻腔中的情况。[0020]输入部81包括例如鼠标或键盘，通过该向口腔模型11的口腔内部拖拽鼠标，来输入模拟食品(包含模拟医药品或者模拟准医药品)。此外，也可以是，设置有食品输入设定部 45 (参照图11)，预先设定模拟食品及其投入场所和投入时间，自动地投入模拟食品。运动解析部50使用粒子法来进行解析,例如能够使用MSP (Moving particle-Sem1-1mplicit: 移动粒子半隐式)法。显示部82的“显示在动态画面上”典型地使用向液晶显示器等的动态画面上的显示。通过显示动态画面，有助于评价者观察动态画面来进行评价，但是在自动地进行评价的情况下，在计算机内设置模拟画面显示部82A (参照图11)，在存储部83中设置评价条件存储部83A (参照图11)，将解析结果动态地显示在模拟画面显示部82A的虚拟动态画面上，将解析结果与评价条件存储部83A的评价条件进行对照，由计算机内的评价部60 (参照图11)来进行评价，而这样的以模拟画面显示部82A的虚拟`动态画面来动态地显示的情况也被包含在“显示在动态画面上”中，设为模拟画面显示部82A被包含在显示部 82中。[0021]通过如本方式那样构成，能够提供一种咽下模拟装置，对口腔模型11，设定器官特性、口腔器官的运动、食品的物性，使用粒子法来对食品的行为进行解析，所以能够容易近似地再现与咽下有关的实际现象。[0022]此外，本发明的第二方式所涉及的咽下模拟装置是在第一方式的基础上，例如图3 所示那样(咽下模拟装置的结构参照图2，以下同样)，器官特性设定部20将口腔壁12设定为刚体，将舌头15设定为弹性体，器官运动设定部30在舌头15内设置多个移动壁18，多个移动壁18以规定的周期具有规定的相位差，通过在与舌头15的表面交叉的方向上运动，设定为舌头15进行蠕动运动或者波动运动，设定为软腭16、会厌17及食道壁19相对于蠕动运动或者波动运动以规定的相位差进行连动，运动解析部50将舌头15及模拟食品41作为粒子来处理。[0023]在此,将舌头15的表面称作表侧(上侧)表面。此外,蠕动运动是指对大肠.小肠等消化管的运动进行了模拟的运动，波动运动是指对波的运动进行了模拟的运动。若如本方式那样构成，则对多个移动壁18，设定使周期相同而相位错开的运动，由此，能够与实际现象接近地再现舌头的蠕动运动或者波动运动，能够在咽下现象中近似地再现实际现象。[0024]此外，本发明的第三方式所涉及的模拟装置是在第二方式的基础上，例如图3所示，器官运动设定部20将软腭16及会厌17的运动作为旋转中心移动的旋转体的运动来设定。[0025]若这样构成，则能够与实际现象接近地再现软腭16及会厌17的运动。[0026]此外，本发明的第四方式所涉及的模拟装置在第一至第三方式的任意的基础上， 例如图6所示，食品物性设定部40作为解析对象而设定不同物性的液体、半固体或者固体的多个模拟食品42、43，运动解析部50针对多个模拟食品42、43，规定自由表面和多个模拟食品42、43间的边界，来进行多个模拟食品42、43的连动行为的解析。[0027]通过这样构成，能够对多个模拟食品，与实际现象接近地再现食品的连动行为，在连动行为的解析中是有效的。[0028]此外，本发明的第五方式所涉及的模拟装置在第一至第三方式的任意的基础上， 例如图11所示，具备根据动态画面上的模拟食品41的咽下时的行为来评价食品等的食用容易度及/或饮用容易度的评价部60，动态画面是为了模拟地显示由运动解析部50解析出的各口腔器官的运动和模拟食品41~44的咽下时的行为的解析结果而由咽下模拟装置 100B在虚拟空间中形成的虚拟动态画面，评价部60通过虚拟动态画面上的模拟食品的行为是否满足预先设定的条件来进行评价。 [0029]在此，所谓虚拟动态画面是指在个人计算机PC的虚拟空间中形成的虚拟的动态画面，但是是与显示到了显示部82上的情况下的动态画面之间内容相同的动态画面。在自动地进行评价的情况下，在计算机内设置模拟画面显示部82A，在存储部83中设置评价条件存储部83A，将解析结果以I旲拟画面显不部82A的虚拟动态画面来动态地显不，并将其与评价条件存储部83A的评价条件比较来进行评价。另外，这样的在虚拟动态画面上动态地显示的情况也被包含在“显示在动态画面上”中。此外，所谓预先设定的条件是指，例如，不进入气道、不堵塞食道、不附着在舌头上或食道上、从口腔内导入起至食道通过为止的时间为规定的范围内、壁面受到的应力为规定的值以下、壁面上的剪切应力为规定的值以下，等等。通过如本方式那样构成，将虚拟动态画面与评价条件存储部83A中存储的评价条件进行比较，能够自动地评价食品等的食用容易度及/或饮用容易度。[0030]此外，本发明的第六方式所涉及的咽下模拟装置在第一至第五方式中的任意的基础上，例如图3所示那样(关于装置结构，参照图2)，口腔建模部10形成二维的口腔模型 11，运动解析部50进行二维空间中的模拟食品41的行为的解析。[0031]通过这样构成，能够在二维空间中近似地表现咽下模拟中的模拟食品41的行为， 由此能够基于简单的解析来高效地评价食品的食用容易度及/或饮用容易度。[0032]此外，本发明的第七方式所涉及的咽下模拟装置例如图10所示，具备:评价结果记录部83B，根据模拟食品41的咽下时的行为的解析结果，记录与食品等的食用容易度及/ 或饮用容易度有关的评价结果；和物性决定部70，决定基于评价结果记录部83B中记录的评价结果而被视为适当的食品等的物性。[0033]在此，物性决定是咽下模拟装置100A基于评价结果来自动地决定的。也可以是人 (例如评价者)来决定的方式，此时不设置物性决定部也可以，或者是设置了也不使用，或者决定结果供评价者参考。[0034]通过本方式这样构成，借助近似地且容易地再现与咽下有关的实际现象的模拟， 能够高效地导出食品等的食用容易度及/或饮用容易度适当的食品等的物性。[0035]此外，本发明的第八方式所涉及的咽下模拟方法例如图10所示那样(参照装置结构参照图2)，包括:口腔建模步骤(S010)，形成由口腔器官构成的口腔模型11 ;器官特性设定步骤(S020)，设定口腔模型11中的各口腔器官的器官特性；器官运动设定步骤(S030)， 设定口腔模型11中的各口腔器官的运动；食品物性设定步骤(S040)，设定作为解析对象的食品等及其物性；输入步骤(S050)，向口腔输入将食品等模型化了的模拟食品41 ;运动解析步骤(S060)，使用粒子法来对口腔器官模型11中的各口腔器官的运动和模拟食品41的咽下时的行为进行解析；以及显示步骤(S070)，将运动解析步骤(S060)解析出的各口腔器官的运动和模拟食品41的咽下时的行为的解析结果，显示在动态画面上。[0036]通过这样构成，能够提供一种咽下模拟方法，对口腔模型11，设定器官特性、口腔器官的运动、食品的物性，使用粒子法来对食品的行为进行解析，能够容易近似地再现与咽下有关的实际现象。[0037]此外，本发明的第九方式所涉及的咽下模拟方法例如图10所示，具备:评价步骤 (S080)，根据模拟食品41的咽下时的行为的解析结果，进行与食品等的食用容易度及/或饮用容易度有关的评价；和物性决定步骤(S090)，决定基于评价步骤(S080)中评价出的评价结果而被视为适当的食品等的物性。[0038]通过这样构成，借助近似地且容易地再现与咽下有关的实际现象的模拟，能够高效地导出食品等的食用容易度及/或饮用容易度适当的食品等的物性。[0039]此外，本发明的第十方式所涉及的程序是用于使计算机执行第八或者第九方式所涉及的咽下模拟方法的计算机可读取的程序。[0040]在此，程序可以保·存在计算机内置的存储部中，也可以从因特网下载，也可以保存在计算机可读取的记录介质中。另外，本方式所涉及的计算机还包含如咽下模拟装置那样具有计算机而构成的装置的计算机(例如个人计算机PC)。[0041]为了解决上述课题，本发明的第十一方式所涉及的咽下模拟装置400A例如图15 所示，具备:口腔建模部10，形成由口腔器官构成的口腔模型11 (参照图3);器官运动设定部30，设定口腔模型11中的各口腔器官的运动；食品物性设定部40，设定作为解析对象的食品等及其物性；输入部81，向口腔输入将食品等模型化了的模拟食品；运动解析部50，使用粒子法对口腔器官模型11中的各口腔器官的运动和模拟食品41 (参照图4)的咽下时的行为进行解析；显示部82，将由运动解析部50解析出的各口腔器官的运动和模拟食品41 的咽下时的行为的解析结果，显示在动态画面上；器官运动决定部75，针对器官运动设定部30所设定的器官运动参数，根据运动解析部50解析出的解析结果，决定与被诊断者的器官的行为或者症状相应的器官运动参数。通过这样构成，使用粒子法来对器官的行为进行解析，因此，能够对被诊断者的器官的运动能力做出与实际现象接近的评价。[0042]此外，本发明的第十二方式所涉及的诊断支援装置具备:第十一方式所涉及的咽下模拟装置100C，具备根据模拟食品41的咽下时的行为的解析结果来记录与食品等的食用容易度及/或饮用容易度有关的评价结果的评价结果记录部83B ;医疗诊断结果数据库， 保存有针对患者或者健康诊断对象者的诊断结果；和诊断结果比较部，将医疗诊断结果数据库中记录的诊断结果，与评价结果记录部中记录的评价结果进行比较。通过这样构成，使用粒子法来对器官的行为进行解析，因此能够提供一种对被诊断者的器官的运动能力做出与实际现象接近的评价的诊断支援装置。[0043]此外，本发明的第十三方式所涉及的咽下模拟方法如例如图16所示，包括:口腔建模步骤(S010)，形成由口腔器官构成的口腔模型11 ;器官运动设定步骤(S030)，设定口腔模型11中的各口腔器官的运动；食品物性设定步骤(S040)，设定作为解析对象的食品等及其物性；输入步骤(S050)，向口腔输入将食品等模型化了的模拟食品41 ;运动解析步骤(S060)，使用粒子法，对口腔器官模型11中的各口腔器官的运动和模拟食品41的咽下时的行为进行解析；显示步骤(S070)，将由运动解析步骤(S060)解析出的各口腔器官的运动和模拟食品41的咽下时的行为的解析结果，显示在动态画面上；和器官运动决定步骤 (S096 )，针对器官运动设定步骤(S030 )中设定的器官运动参数，根据运动解析步骤(S060 ) 中解析出的解析结果，决定与被诊断者的器官的行为或者症状相应的器官运动参数。通过这样构成，使用粒子法来对器官的行为进行解析，因此能够对被诊断者的器官的运动能力做出与实际现象接近的评价。[0044]发明效果[0045]根据本发明，能够提供一种能够容易地再现与咽下有关的实际现象的咽下模拟装置及咽下模拟方法。【专利附图】

【附图说明】[0046]图1是用于说明格子法与粒子法的区别的图。[0047]图2是表示实施例1的咽下模拟装置的结构例的图。[0048]图3是表示 口腔模型的例子的图。[0049]图4是模拟地表示水的咽下现象的图。[0050]图5是模拟地表示粘着性的食物块(假设粘糕)的咽下现象的图。[0051]图6是模拟地表示从粘着性的食物块堵塞在软腭附近的状态之后的、冲水时的咽下现象的图。[0052]图7是表示胶冻状食物块的咽下模拟结果的图。[0053]图8是模拟地表示会厌移动迟缓的情况下的咽下现象的图。[0054]图9是模拟地表示食道.气道的边界面的移动迟缓的情况下的咽下现象的图。[0055]图10是表示实施例1的咽下模拟方法的处理流程例的图。[0056]图11是表示实施例2的咽下模拟装置的结构例的图。[0057]图12是表示实施例2的咽下模拟方法的处理流程例的图。[0058]图13是表示咽下造影的例子的图。[0059]图14是表示肌电位测定的例子的图。[0060]图15是表示实施例5的咽下模拟装置的结构例的图。[0061]图16是表不实施例5的诊断支援的处理流程例的图。【具体实施方式】[0062]本申请基于在日本于2011年6月30日申请的特愿2011-146780号，该在先申请的内容作为本申请的内容，构成本申请的一部分。通过以下的详细说明,本发明能够被完全理解。本发明的进一步的应用范围，通过以下的详细说明也能够明了。然而，详细的说明及特定的实例是本发明的优选的实施方式，仅是以说明为目的进行了记载。对于本领域技术人员来说，当然能够根据该详细的说明，在本发明的精神和范围内进行各种变更和改变。 申请人:并不意欲将所记载的所有实施方式都献于公众，改变、代替方案当中的在表述上未被包含在权利要求书内的方案，也是等同原则下的发明的一部分。[0063]以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在各图中，对相互相同或者相当的部分赋予相同附图标记，省略重复的说明。[0064][粒子法][0065]本实施方式中，作为能够对液面的大变形、飞沫等进行表现的解析方法，使用将解析对象的液体或固体作为粒子来处理的粒子法来进行模拟。因此，首先，说明粒子法。[0066]图1示出了以往的解析手法即格子法与新的解析手法即粒子法的区别。图1 (a) 示出了格子法的概念图，图1 (b)示出了粒子法的概念图。格子法中，用格子将解析区域分割，按照每个格子来计算物理量。即，液面的变化是沿着格子的形状来进行的，飞沫或液面较大地变形的情况下的解析是很困难的。与此相对，粒子法、特别是MPS (Moving particle-Sem1-1mplicit)法是1995年开发的比较新的解析手法(Koshizuka et al, Comput.Fluid Dynamics J, 4, 29-46,1995)。将流体置换为粒子,按照每个粒子来计算物理量。作为其结果，能够实现液面的微妙变化的解析，使得飞沫、液面较大地变形的情况下的解析成为可能。然而，迄今为止没有使用粒子法的生物体内部的流体?食物块的解析。于是，本申请的发明人开发了在生物体内液体.食物块行为的推断中应用了粒子法的模拟装置和模拟方法。以下，对该实施方式进行说明。[0067]MPS法中，作为非压缩性流体的支配方程式，建立质量保存式和运动量保存式。运动量保存法则的时间微分使用拉格朗日微分即可，不需要将表示移动?流动的项记为显式。 导入加权函数w Cr)(是粒子间距离r的函数,表示为w (r) = rE/r-l ；0 = r < rE, w (r`) =O ；rE < r，在一定的距离rE内为粒子间距离r的减函数，在一定的距离外为0)，对粒子间相互作用利用该加权核函数。在粒子间相互作用模型中对各粒子的位置处的物理量，建立拉普拉斯模型，对离散化方程式进行求解。若根据矩阵方程式的解法对其进行求解，则得到速度，各粒子的位置被确定。[0068]用于执行本实施例所涉及的咽下模拟方法的模拟器(解析软件)进行口腔器官的建模，使用粒子法对通过口腔、进而咽喉时的流体.食物块的行为进行解析。[0069]根据模拟器的解析结果，例如:[0070](a)根据食物的物性值的不同，来推测咽下.误咽.误饮风险；[0071](b)根据食物的物性值的不同，来推断咽下时间；[0072](c)根据食物的物性值的不同，来推断对咽喉壁施加的力及剪切应力；[0073](d)根据上述数据和感官评价之间的相关性，来评价饮用容易度.食用容易度、饮用困难度.食用困难度。[0074]评价分为评价者进行的情况和咽下模拟装置自动地进行的情况。[0075]实施例1[0076][装置结构][0077]图2示出了实施例1的咽下模拟装置100A的结构例。实施例1中说明评价者进行食品的输入并观察动态图像来进行咽下评价的例子。[0078]咽下模拟装置100A包括:口腔建模部10，形成由口腔器官构成的口腔模型；器官特性设定部20，设定口腔模型中的各口腔器官的器官特性；器官运动设定部30，设定口腔模型中的各口腔器官的运动；食品物性设定部40，设定作为解析对象的食品及其物性；输入部81，向口腔输入将食品模型化了的模拟食品；运动解析部50，使用粒子法，对口腔器官模型中的各口腔器官的运动和模拟食品的咽下时的行为进行解析；显示部82，将由运动解析部50解析出的各口腔器官的运动和模拟食品的咽下时的行为的解析结果，显示在动态画面上；物性决定部70，决定基于评价结果而被视为适当的食品等的物性；控制部90，控制咽下模拟装置100A及其各部，作为咽下模拟装置100A发挥功能；以及存储部83，存储口腔模型、器官特性、设定条件、解析结果和评价结果。其中，口腔建模部10、器官特性设定部 20、器官运动设定部30、食品物性设定部40、运动解析部50、物性决定部70及控制部90能够由个人计算机PC来实现，设置在个人计算机PC内。评价者观察显示部82的动态画面来进行评价，将评价结果从输入部81输入。所输入的评价结果被记录在存储部83的评价结果记录部83B中。另外，本发明中，也可以是人(例如评价者)来进行物性决定的方式(参照实施例4)。 [0079]图3示出了口腔模型11的例子。图3 (a)示出了该模型中的可动部分，图3 (b) 示出了该模型中的舌头15的移动壁18 (进行螺动运动的)部分。本实施例中，示出了移动壁18为4个且进行蠕动运动的例子。口腔建模部10形成由如下的口腔器官构成的口腔模型11: 口腔壁12、食道13 (示出了入口部分)、气道14 (示出了入口部分)、舌头15、软腭16、 会厌17等。各口腔器官的器官特性(刚体、弹性体、塑性体、粘性体、粉末体、流动体等的分类、以及弹性率、粘度等物性，是由器官特性设定部20来设定的。为了简单，将舌头15、软腭16、会厌17、食道入口 13设为弹性体，其他设为刚体。口腔器官的运动(往复运动、旋转运动、蠕动运动等)由器官运动设定部30来设定。为了简单,舌头15的运动通过蠕动运动来表示，软腭16、会厌17通过根部(付《根)的往复运动和围绕根部的旋转运动来表示，食道13的入口部分通过沿与食道13的中心轴成直角的方向的往复运动来表示。另外，也可以代替蠕动运动而使用波动运动。[0080]在此，返回图2。作为咽下模拟的对象，除了食品之外，还可以采用医药品、准医药品(将“食品、医药品或者准医药品”称为“食品等”)。如果食品等为液体，则食品物性设定部 40设定液量.粘度.表面张力.比重等物性，如果食品等是固体，则食品物性设定部40设定形状.尺寸.弹性系数.拉伸强度.屈服点.屈服点应力.粘度的滑动速度依存性.动态粘弹性.静态粘弹性.压缩应力.断裂应力.断裂变形.硬度.附着性.凝结性等物性， 如果食品等是半固体(具有可塑性而没有流动性)，则食品物性设定部40设定量.粘度.比重.屈服点.屈服点应力.粘度的滑动速度依存性.动态粘弹性.静态粘弹性.压缩应力.附着性.凝结性等物性。[0081]输入部81由鼠标、键盘等输入设备构成，向口腔内投入应投入的模拟食品。例如向口腔内拖拽鼠标，模拟食品向口腔内的投入位置例如是口腔内的牙齿的附近(例如模拟食品的长度的1/2以内)，将刚拖拽后的时间设为投入时间。[0082]运动解析部50中，对口腔器官的运动所伴随的模拟食品的咽下时的行为进行解析。通过舌头15的蠕动运动、软腭16、会厌17的根部的往复运动和围绕根部的旋转运动、 以及食道入口 13的往复运动，使得被投入口腔内部的食品等移动。食品等的运动通过粒子法而被解析。食品等不管是固体.半固体.液体，都被作为粒子来处理。[0083]显示部82将食品等的行为的解析结果，显示在动态画面上。也可以将动态图像的 I画面作为静止图像来进行显示，也可以使时间后退来进行倒回显示。[0084]存储部83存储口腔模型、器官特性、设定条件、解析结果、评价结果等。[0085]评价是评价者观察显示部82的动态画面来进行的。例如在显示部82所显示的评价表的表格中输入〇X、等级、分数等。评价结果被记录在评价结果记录部83B中。在食品物性设定部40中，使食品等的物性值变化来进行评价，由此能够求出食品等的适当的物性值。物性决定部70自动地决定基于评价结果记录部83B中记录的评价结果而被视为适当的食品等的物性。物性数可以是单数也可以是多个。适当的物性例如可以制作适当的范围的映射图(map)来表示，也可以将适当的范围分为多个等级(等级A~等级C等)来表示，也可以表示多个点，也可以表示最优 的I点。在要求出的物性为大量时，也可以使用多维的主成分分析来求出适当的物性的范围。[0086]控制部90控制咽下模拟装置100A及其各部，使其作为咽下模拟装置100A来发挥功能。控制部83在内置存储器中具有咽下模拟器(解析用软件)。[0087][咽下模拟器][0088]咽下模拟器是使用通用的二维粒子法解析软件“Phys1-Cafe” (Prometech Software公司出品)来制作的。本解析软件虽然不能够将流体的物性值、时间等作为数值来直接输入，但能够适宜地改变各自的无维化后的物理量，具有能够简化地高速进行定性的解析的优点。[0089]图3 (a)示出了口腔模型11中的可动部分，图3 (b)示出了该模型中的舌头15 的移动壁18 (进行蠕动运动的)部分。在该模型中，为了简化，可动部分仅设为舌头15、软腭16、会厌17、食道13入口这4处。通过蠕动运动而将食物块向后方移送的结构构成为， 将4个移动壁18埋入到作为弹性体的舌头15中，以相同的周期但改变振动幅度，进行使相位错开的运动。在该模型中，将作为弹性体而设定的移动壁18设为4个。I个的话不会成为蠕动运动，2个的话也不太灵活，3个以上则能够表现出顺畅的蠕动运动。5个以上的话， 不但计算的负荷变大，而且从自然方面来讲与3个或者4个的情况相比无大差异。因而，3个或者4个的情况是优选的。由此，使得弹性体(舌头)自己变形那样的模拟动作成为可能， 表现出了对于通常的解析而言非常难的弹性体的强制变形。关于该点，在进行数值解析(模拟)的方面是特征所在。此外，如图3 (b)所示，模拟食品及舌头15不管是液体还是固体， 全部都由粒子构成。[0090]表1示出了可动部分的运动。移动量通过函数来给出位移、角度,这是较大特征。 特别是通过利用周期函数能够进行连续的模拟。表1的A~D是移动壁，在图3 (b)中从左侧起按照A、B、C、D的顺序配置。[0091][表1][0092]表1标准运动时的移动场所与移动量的关系
【权利要求】
1.一种咽下模拟装置，其中，具备:口腔建模部，形成由口腔器官构成的口腔模型；器官特性设定部，设定所述口腔模型中的各口腔器官的器官特性；器官运动设定部，设定所述口腔模型中的各口腔器官的运动；食品物性设定部，设定作为解析对象的食品、医药品或者准医药品(以下称作食品等) 及其物性；输入部，向口腔输入将所述食品等模型化了的模拟食品；运动解析部，使用粒子法，对所述口腔器官模型中的各所述口腔器官的运动和所述模拟食品的咽下时的行为进行解析；以及显示部，将由所述运动解析部解析出的各所述口腔器官的运动和所述模拟食品的所述咽下时的行为的解析结果显示在动态画面上。
2.如权利要求1所述的咽下模拟装置，其中，所述器官特性设定部将口腔壁设定为刚体，将舌头设定为弹性体；所述器官运动设定部在舌头内设置多个移动壁，通过所述多个移动壁以规定的周期且带有规定的相位差地向与所述舌头的表面交叉的方向移动，从而设定成舌头进行蠕动运动或者波动运动，设定成软腭、会厌及食道壁相对于所述蠕动运动或者波动运动以规定的相位差进行连动；所述运动解析部将所述舌头及所述模拟食品作为粒子来处理。
3.如权利要求2所述的咽下模拟装置，其中，所述器官运动设定部将软腭及会厌的运动设定为旋转中心移动的旋转体的旋转运动。
4.如权利要求1至3中任一项所述的咽下模拟装置，其中，所述食品物性设定部设定不同物性的液体、半固体或固体的多个模拟食品来作为解析对象；所述运动解析部针对所述多个模拟食品，规定自由表面和所述多个模拟食品间的边界，进行所述多个模拟食品的连动行为的解析。
5.如权利要求1至4中任一项所述的咽下模拟装置，其中，具备:评价部，根据所述动态画面上的所述模拟食品的所述咽下时的行为，评价所述食品等的食用容易度及/或饮用容易度；所述动态画面是为了模拟地显示由所述运动解析部解析出的各所述口腔器官的运动和所述模拟食品的咽下时的行为的解析结果而由咽下模拟装置在虚拟空间内形成的虚拟动态画面；所述评价部通过所述虚拟动态画面上的模拟食品的行为是否满足预先设定的条件来进行评价。
6.如权利要求1至5中任一项所述的咽下模拟装置，其中，所述建模部形成二维的口腔模型；所述运动解析部进行二维空间内的所述模拟食品的行为的解析。
7.如权利要求1至6中任一项所述的咽下模拟装置，其中，具备:评价结果记录部，根据所述模拟食品的所述咽下时的行为的解析结果，记录与所述食品等的食用容易度及/或饮用容易度有关的评价结果；以及物性决定部，决定基于所述评价结果记录部中记录的评价结果而被视为适当的食品等的物性。
8.—种咽下模拟方法，其中，具备:口腔建模步骤，形成由口腔器官构成的口腔模型；器官特性设定步骤，设定所述口腔模型中的各口腔器官的器官特性；器官运动设定步骤，设定所述口腔模型中的各口腔器官的运动；食品物性设定步骤，设定作为解析对象的食品等及其物性；输入步骤，向口腔内输入将所述食品等模型化了的模拟食品；运动解析步骤，使用粒子法，对所述口腔器官模型中的各所述口腔器官的运动和所述模拟食品的咽下时的行为进行解析；以及显示步骤，将所述运动解析步骤中解析出的各所述口腔器官的运动和所述模拟食品的所述咽下时的行为的解析结果显示在动态画面上。
9.如权利要求8所述的咽下模拟方法，其中，具备:评价步骤，根据所述模拟食品的所述咽下时的行为的解析结果，进行与所述食品等的食用容易度及/或饮用容易度有关的评价；以及物性决定步骤，决定基于所述评价步骤中评价出的评价结果而被视为适当的食品等的物性。
10.一种计算机可读取的程序，使计算机执行权利要求8或9所述的咽下模拟方法。
11.一种咽下模拟装置，其中，具备口腔建模部，形成由口腔器官构成的口腔模型；器官运动设定部，设定所述口腔模型中的各口腔器官的运动；食品物性设定部，设定作为解析对象的食品等及其物性；输入部，向口腔输入将所述食品等模型化了的模拟食品；运动解析部，使用粒子法，对所述口腔器官模型中的各所述口腔器官的运动和所述模拟食品的咽下时的行为进行解析；显示部，将由所述运动解析部解析出的各所述口腔器官的运动和所述模拟食品的所述咽下时的行为的解析结果显示在动态画面上；以及器官运动决定部，针对由所述器官运动设定部设定的器官运动参数，根据由所述运动解析部解析出的所述解析结果，决定与所述被诊断者的器官的行为或者症状相符的器官运动参数。
12.—种诊断支援装置，其中，具备:权利要求11所述的咽下模拟装置，具备根据模拟食品的咽下时的行为的解析结果来记录与食品等的食用容易度及/或饮用容易度有关的评价结果的评价结果记录部；医疗诊断结果数据库，保存有针对患者或者健康诊断对象者的诊断结果；以及诊断结果比较部，将所述医疗诊断结果数据库中 记录的诊断结果，与所述评价结果记录部中记录的评价结果进行比较。
13.—种咽下模拟方法，其中，具备:口腔建模步骤，形成由口腔器官构成的口腔模型；器官运动设定步骤，设定所述口腔模型中的各口腔器官的运动；食品物性设定步骤，设定作为解析对象的食品等及其物性；输入步骤，向所述口腔输入将所述食品等模型化了的模拟食品；运动解析步骤，使用粒子法，对所述口腔器官模型中的各所述口腔器官的运动和所述模拟食品的咽下时的行为进行解析；显示步骤，将所述运动解析步骤中解析出的各所述口腔器官的运动和所述模拟食品的所述咽下时的行为的解析结果显示在动态画面上；以及器官运动决定步骤，针对所述器官运动设定步骤中设定的器官运动参数，根据所述运动解析步骤中解析出的所述解析结果，决定与所述被诊断者的器官的行为或·者症状相符的器官运动参数。
【文档编号】A61B5/11GK103596498SQ201280026927
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年6月29日 优先权日:2011年6月30日
【发明者】神谷哲, 外山义雄, 道肋幸博 申请人:株式会社明治