咽下模拟装置及方法

咽下模拟装置及方法
【专利摘要】提供能够容易地近似地再现与咽下有关的实际现象且能够将经口摄取品的物性及与行为相关的物理量定量化的咽下模拟装置。本发明的咽下模拟装置(100A)具备：头颈部建模部(10)，形成由头颈部器官构成的动态三维头颈部模型(10a)；器官运动设定部(30)，设定头颈部模型(10a)中的各头颈部器官的运动；经口摄取品物性设定部(40)，设定作为解析对象的经口摄取品及其物性；输入部(81)，向口腔输入将经口摄取品模型化了的模拟经口摄取品(20)；运动解析部(50)，使用粒子法在三维空间对头颈部模型(10a)中的各头颈部器官的运动和模拟经口摄取品(20)的咽下时的行为进行解析；显示部(82)，将由运动解析部(50)解析出的各头颈部器官的运动和模拟经口摄取品(20)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及咽喉 时的流体?食物块的行为进行解析的咽下模拟装置、动态三维头颈部模型、咽下模拟方法、 计算机可读取的程序、经口摄取品开发支援装置、经口摄取品开发方法、经口摄取品制造方 法、饮食教育支援装置、饮食教育方法及诊断支援装置。

【背景技术】
[0002] 咽下动作、特别是咽下时的食品物性与头颈部器官的运动之间的关系很复杂，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 的误咽、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饮食品的安全性。
[0003] 关于咽下现象的解释，有如下两个方法，S卩，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。这些方法 会给受检者带来大量的负担，例如需要变更机器人的头颈部器官的行为或构造，存在很多 问题。
[0004] 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1)。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2)。
[0005] 先行技术文献
[0006] 非专利文献
[0007] 非专利文献1 :神津等，化学工学会秋季大会講演要旨集41次，2009, P09
[0008] 非专利文献2 :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】

[0009] 发明要解决的课题
[0010] 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。
[0011] 本发明的第一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、即 头颈部器官及包括饮食品、医药品、准医药品（quasi - drug)在内的经口摄取品的行为的、 咽下模拟装置、动态三维头颈部模型、咽下模拟方法、计算机可读取的程序、经口摄取品开 发支援装置、经口摄取品开发方法、经口摄取品制造方法、饮食教育支援装置、饮食教育方 法及诊断支援装置。
[0012] 本申请的发明人提出了设定口腔器官的运动、饮食品等的物性，使用粒子法来二 维地解析口腔器官及饮食品的行为的咽下模拟装置及咽下模拟方法（特愿2011 - 146780、 特愿2011 - 146781，均未公开）。该装置及方法中，与以往比较，能够近似地再现与咽下有 关的实际现象，能够使咽下现象可视化。然而，有了相对于二维空间内的模拟更进一步三维 地、正确地表现咽下时的口腔器官及饮食品的行为的要求。此外，由于使用程序的制约而还 存在很难将经口摄取品的物性及与行为相关的物理量定量化的问题。
[0013] 本发明的第二目的在于，提供一种能够正确地表现咽下时的头颈部器官及饮食品 的行为、能够将包括饮食品、医药品、准医药品在内的经口摄取品的物性及与行为相关的物 理量定量化的咽下模拟装置、动态三维头颈部模型、咽下模拟方法、计算机可读取的程序、 经口摄取品开发支援装置、经口摄取品开发方法、经口摄取品制造方法、饮食教育支援装 置、饮食教育方法及诊断支援装置。
[0014] 用于解决课题的手段
[0015] 为了解决上述课题，本发明的第一方式的咽下模拟装置100A例如图2所示那样 (关于具体的器官，适当参照图3)，具备：头颈部建模部10,形成由头颈部器官构成的动态 的三维头颈部模型10a ;器官运动设定部30,设定动态三维头颈部模型10a中的各头颈部器 官的运动；经口摄取品物性设定部40,设定作为解析对象的包括饮食品、医药品或准医药 品的经口摄取品及其物性；输入部81，向口腔输入将包括饮食品、医药品或准医药品的经 口摄取品模型化了的模拟经口摄取品20 ;运动解析部50,对动态三维头颈部模型10a中的 各头颈部器官的运动和模拟经口摄取品20的咽下时的行为，使用粒子法在三维空间进行 解析；以及显示部82,将由运动解析部50解析到的各头颈部器官的运动和模拟经口摄取品 20的咽下时的行为的解析结果显示在动态画面上。
[0016] 在此，头颈部模型的"动态三维"意思指在三维空间内与时间的经过一起进行变 化。另外，三维空间也可以在计算机内作为虚拟三维空间来形成。此外，头颈部器官包括舌 头11、喉头12、会厌12a、气管13、咽头14、腭（也称作口盖）15 (由硬腭（也称作硬口盖）15a 和软腭（也称作软口盖）115b构成）、颌16、食道18等（参照图3)。此外，设为包括与口腔 17、咽头14及喉头部12c (由会厌12a和喉头12构成）有关的各器官。动态三维头颈部模 型10a包含上述各头颈部器官而构成。食道18及气管13仅包含入口部分即可。动态三维 头颈部模型l〇a优选与口腔器官的实际的运动相应地形成，但是若粒子数增加则进行三维 空间内的解析的计算机PC的负荷会增大，因此，为了使解析简单?容易，可以对可动部分进 行限定，也可以是，针对各头颈部器官定义多边形（为由多边形距离函数制作出的壁边界， 且为将即使从流体等受到外力也不移动的壁作为距离函数配置在空间内的边界），由此，不 用将头颈部器官作为粒子进行计算也可以。为了更详细地进行讨论，也能够将各头颈部器 官作为粒子（刚体、弹性体、塑性体或弹塑性体）进行定义来进行计算（越塚誠一，计算力 学讲座系列5,粒子法，日本计算工学会编，参照pp. 51 - 68)。
[0017] 动态三维头颈部模型l〇a形成在虚拟空间，因此，只要不妨碍解析，各头颈部器官 在三维空间内重叠的构造也可以。各头颈部器官的运动中包含有：移动、旋转、周期性的运 动等。经口摄取品为液体、半固体（具有塑性但不具有流动性）、固体中的任意。经口摄取 品的物性中包含有：密度、粘度、表面张力、接触角、热容量、热传导率、动摩擦系数等。但是， 不需要设定全部这些物性，只要设定某个物性即可。所谓模拟经口摄取品20的咽下时的行 为，典型地是指从口腔经由咽头14向食道18移动的行为，但是，也可能会存在未到达咽头 14或食道18而返回口腔17的情况、进入到了喉头12或鼻腔的情况。与模拟经口摄取品20 的咽下时的行为相关的物理量中包含有：时间、位置坐标、速度、压力、温度、滑动速度、垂直 应力、剪切应力等。但是，没有必要使用全部这些物理量来进行解析，使用某个物理量来进 行解析即可。这些物性及物理量优选定量化，但是也可以使用相对值。
[0018] 输入部81例如包括鼠标或键盘，通过用鼠标将光标向动态三维头颈部模型10a 的口腔内部拖拽，来输入模拟经口摄取品（包括模拟饮食品、模拟医药品或模拟准医药 品）20。通过鼠标的拖拽来指定要投入的模拟经口摄取品20的位置。此外，也可以是，设置 经口摄取品输入设定部45(参照图24)，预先设定模拟经口摄取品及其投入场所和投入时 间，自动地投入模拟经口摄取品20。运动解析部50使用粒子法来进行解析，能够使用例如 MPS (Moving Particle - Semi - implicit)法。显不部82的"显不在动态画面上"典型 地使用向液晶显示器等动态画面的显示。此外，在此，将医师或牙科医师在健康诊断或医疗 行为中进行模拟来评价解析结果的情况称作诊断，与一般人进行的评价进行区分。即，在本 说明书中，评价是不包含诊断的。通过显示动态画面，帮助评价者或诊断者观察动态画面来 进行评价或诊断，但是在自动地进行评价或诊断的情况下，在计算机内设置模拟画面显示 部82A (参照图24)，在存储部83中设置评价诊断条件存储部83A (参照图24)，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，与评价诊断条件存储部83A的评价 条件或诊断条件进行对照，由计算机内的评价诊断部60 (参照图24)来进行评价或诊断，但 是，设为这样的动态地显示在模拟画面显示部82A的虚拟动态画面上的情况也包含在"显 示在动态画面上"中，模拟画面显示部82A被包含在个人计算机PC和显示部82这两者中。 此外，动态三维头颈部模型l〇a的显示若是按照每个头颈部器官来改变色彩并半透明地显 示，则能够容易看清每个头颈部器官的运动，是优选的。
[0019] 若如本方式那样构成，则针对动态三维头颈部模型l〇a，设定头颈部器官的运动、 经口摄取品的物性，使用粒子法来对经口摄取品的行为进行解析，因此，能够提供可容易地 近似地再现与咽下有关的实际现象的咽下模拟装置。此外，将经口摄取品的物性及与经口 摄取品的行为有关的物理量作为有维度的数值来定量地设定来进行解析，由此，能够提供 一种能够正确地表现出咽下时的头颈部器官、经口摄取品的行为且能够将与咽下时的行为 相关的物理量按照每个时间来定量化的咽下模拟装置。
[0020] 此外，本发明的第二方式的咽下模拟装置100A在第一方式中，头颈部建模部10将 头颈部器官设定为多边形或粒子（刚体、粉末体、弹性体、塑性体、弹塑性体），运动解析部 50将模拟经口摄取品20作为粒子来处理。
[0021] 在此，动态三维头颈部模型10a与口腔、咽头、喉头、食道的实际运动相应地形成 且随时间变形，这对于进行高精度的解析是优选的，因此，将模型整体作为粒子来进行处理 较好，但是，若粒子数增加，则进行三维空间的解析的计算机PC的负荷会增大，因此，为了 使解析简单?容易，将头颈部器官设定为多边形来进行解析是很高效的。
[0022] 若如本方式那样构成，则在进行三维解析时，将头颈部器官设定为多边形、粒子 (刚体、弹性体、塑性体、弹塑性体），将模拟经□摄取品20作为粒子（流体、刚体、弹性体、 塑性体、弹塑性体）来处理，因此，能够容易地进行头颈部器官及模拟经口摄取品20的设 定，能够根据目的?状况来进行多样的解析
[0023] 此外，本发明的第三方式的咽下模拟装置100A在第二方式中，例如图4所示那样 (关于结构，参照图2)，头颈部建模部10形成将舌头11沿外里侧（前后侧）方向分割为以 颏舌肌Ilf的起始即下颌骨的颏部16a为扇轴的n个（n为2以上的整数）的扇形部11a? lie的构造，器官运动设定部30设定行波的波动运动，以便通过各扇形部11a?lie在半径 方向上具有规定的相位差地连动地振动来将模拟经口摄取品20向里侧方向输送。
[0024] 在此，舌头11的分割数n为3个以上，能够表现顺畅的行波的波动运动，若超过7 个则计算的负荷变大。因此，优选为4个?6个。由此，能够近似地再现咽下时的舌头的行 波的波动动作。
[0025] 若如本方式那样构成，则将舌头在外里侧方向上分割为n个扇形部，进行上述的 连动振动，由此，能够近似地再现咽下时的舌头的行为，因此，能够更接近实际现象地进行 高效的解析。另外，舌头11的形状与实际的运动相应地由粒子形成，还能够每次计算时读 入随时间变形了的舌头。
[0026] 此外，本发明的第四方式的咽下模拟装置100A在第三方式中，例如图6及图7所 示那样，头颈部建模部10形成各扇形部11a?lie的表面部分相互重叠的构造以避免由于 各扇形部11a?lie的半径方向的振动而在各扇形部11a?lie之间产生间隙，而且，形成 使左右两侧沿半径方向延伸且在中央部分具有凹陷的舌头表面部19在各扇形部11a?lie 的表面部分重合、在静止状态的舌头表面部llg的凹陷中各扇形部11a?lie沿半径方向 振动的构造，器官运动设定部30进行设定，使得在咽下时各扇形部11a?lie向圆周方向 里侧旋转规定的角度，咽下最终时通过舌头11的最里侧的扇形部lie将模拟经口摄取品20 压入。
[0027] 在此，规定的角度优选为15°，但并不局限于此，10?20°也可以。此外，重叠 部分优选为5mm，但并不局限于此，3?7mm也可以。若如本方式那样构成，则在各扇形部 11a?lie之间不形成间隙，经口摄取品20的流路形成在凹陷中，经口摄取品20被顺畅地 移送到口腔的里侧，能够进一步近似地再现咽下时的舌头11的行为。
[0028] 此外，本发明的第五的方式的咽下模拟装置100A在第三方式或第四方式中，例如 图9及图10所示那样，头颈部建模部10形成如下构造：将动态三维头颈部模型10a分割为 舌头11、腭15、咽头14、喉头部12c、气管13和食道18,将喉头部12c分割为会厌12a和喉 头12,在咽下开始前将食道部18的食道入口 18a闭塞，在咽下时使食道入口 18a扩张，咽头 14收缩。器官运动设定部30进行设定，使得在咽下时，使喉头12向下颌骨16的颏部16a 方向移动而将食道入口 18a敞开，咽头14收缩，接下来通过使会厌12a向里侧旋转规定的 角度来将喉头12闭塞。
[0029] 在此，规定的角度旋转为135度时接近于实际现象，最优选，但是其附近（例如 ±15度内）也是优选的。此外，"咽头收缩"具体地是指，咽头向上方向缩短并且其内腔收 缩，在此包含该内容。若这样构成，则能够近似地再现咽下时的喉头部12c的行为和食道18 的开闭。另外，这些器官的运动除了由器官运动设定部30给予数值来强制地运动之外，还 能够与附随于这些器官的肌肉的运动连动地进行运动。而且，每次解析时读入随时间变化 的各器官的模型，还能够赋予更顺畅的运动。
[0030] 此外，本发明的第六方式的咽下模拟装置100A在第一方式至第五的方式的任意 中，例如图22所示那样（关于结构，参照图2)，经口摄取品物性设定部40作为解析对象而 设定不同物性的液体、半固体或固体的多个模拟经口摄取品20,运动解析部50针对多个模 拟经口摄取品20规定自由表面和多个模拟经口摄取品20间的边界，进行多个模拟经口摄 取品20的连动行为的解析。
[0031] 若这样构成，则能够针对多个模拟经口摄取品20接近实际现象地再现经口摄取 品的连动行为，在连动行为的解析中是有效的。
[0032] 此外，本发明的第七方式的咽下模拟装置100B在第一方式至第六方式中的任一 项中，例如图24所示那样，具备根据动态画面上的模拟经口摄取品20的咽下时的行为来评 价或诊断经口摄取品的食用容易度及/或饮用容易度的评价诊断部60,动态画面是为了模 拟地显示由运动解析部50解析出的、头颈部器官的运动和模拟经口摄取品20的咽下时的 行为的解析结果而通过咽下模拟装置在虚拟空间形成的虚拟动态画面，评价诊断部60根 据虚拟动态画面上的模拟经口摄取品20的行为是否满足预先规定的条件来进行评价或诊 断。
[0033] 在此，虚拟动态画面是指在个人计算机PC的虚拟空间形成的虚拟的动态画面，是 与显示在显示部82上时的动态画面相同内容的动态画面。在自动地进行评价或诊断的情 况下，在计算机内设置模拟画面显示部82A，在存储部83设置评价诊断条件存储部83A，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，与评价诊断条件存储部 83A的评价条件或诊断条件对照来进行评价或诊断。另外，这样的动态地显示在虚拟动态画 面上的情况也被包含在"显示在动态画面上"中。此外，预先规定的条件是指，例如，未进入 喉头12、未堵在咽头14、未附着在舌头11或咽头14、从导入口腔内起至通过食道入口 18a 为止的时间为规定的范围内、口腔壁面上的剪切应力为规定的值以下、会厌12a周边的剪 切应力为规定的范围内，等等。规定的范围例如为从导入口腔17内起至通过食道入口 18a 为止的时间为0. 8?1. Osec，会厌12a周边的0. 8sec时的剪切应力为0. 25?0. 45N/m2等。
[0034] 若如本方式那样构成，则将虚拟动态画面与评价诊断条件存储部83A中存储的评 价条件或诊断条件进行对照，能够自动地评价或诊断经口摄取品的食用容易度及/或饮用 容易度。
[0035] 此外，本发明的第八方式的咽下模拟装置100B在第一方式或第七方式中，例如图 2所示那样，具备：评价诊断结果记录部83B，根据模拟经口摄取品20的咽下时的行为的解 析结果，记录与经口摄取品的食用容易度及/或饮用容易度相关的评价诊断结果；以及物 性决定部70,基于评价诊断结果记录部83B所记录的评价结果或诊断结果，决定被视为适 当的经口摄取品的物性。
[0036] 在此，物性决定是咽下模拟装置100B基于评价结果或诊断结果来自动地决定的。 也有人（例如评价者或诊断者）来决定的方式，此时，也可以不设置物性决定部70,或者设 置了但不使用，或者决定结果被显示在显示部82上来供评价者或诊断者参考。
[0037] 为了解决上述课题，本发明的第九方式的动态三维头颈部模型10a例如图4所示 那样，为由头颈部器官构成的动态三维头颈部模型l〇a，形成将舌头11在外里侧方向上分 割成以颏舌肌Ilf的起始即下颌骨的颏部16a为扇轴的n个（n为2以上的整数）的扇形 部11a?lie的构造，设定为通过各扇形部11a?lie在半径方向上具有规定的相位差地 连动振动，来进行将模拟经口摄取品20向里侧方向输送的行波的波动运动。
[0038] 若这样构成，则能够提供一种能够近似地再现咽下时的舌头11及咽喉的行为的 动态三维头颈部模型l〇a。
[0039] 此外，本发明的第十方式的动态三维头颈部模型10a在第九方式中，例如图6及 图7所示那样，形成如下构造：为了避免由于各扇形部11a?lie的振动在各扇形部11a? lie之间形成间隙，而使各扇形部11a?lie的表面部分相互重叠，而且，形成使左右两侧 沿半径方向延伸且在中央部分具有凹陷的舌头表面部llg重合在各扇形部11a?lie的表 面部分上、在静止状态的舌头表面部19的凹陷中各扇形部11a?lie在圆周方向上振动的 构造，设定成在咽下时各扇形部11a?lie向圆周方向里侧旋转规定的角度、接着通过舌头 11的最里侧的扇形部lie将模拟经口摄取品20压入，形成分割成咽头14、喉头部12c和食 道18、将喉头部12c分割成会厌12a和喉头12、在咽下开始前将食道18的食道入口 18a闭 塞、在咽下时食道入口 18a扩张、咽头14收缩的构造，设定成，在咽下时，使喉头12向下颌 骨的颏部16a方向移动而使食道入口 18a敞开，咽头14收缩，接着通过使会厌12a向里侧 旋转规定的角度来将食道入口 18a闭塞。
[0040] 若这样构成，则在各扇形部11a?lie之间不形成间隙，模拟经口摄取品20的流 路形成在凹陷中，模拟经口摄取品20被顺畅地移送到里侧，因此，可提供能够近似地再现 咽下时的舌头11、咽头14、喉头12和食道18的行为的动态三维头颈部模型。
[0041] 为了解决上述课题，本发明的第十一方式的咽下模拟方法例如图23所示那样（关 于装置结构，参照图2)，具备：形成由头颈部器官构成的动态三维头颈部模型10a的头颈 部建模步骤（S010);设定动态三维头颈部模型10a中的各头颈部器官的运动的器官运动 设定步骤（S030);设定作为解析对象的经口摄取品及其物性的经口摄取品物性设定步骤 (S040);向口腔输入将经口摄取品模型化了的模拟经口摄取品20的输入步骤（S050);使用 粒子法来对头颈部模型l〇a中的各头颈部器官的运动和模拟经口摄取品20的咽下时的行 为进行解析的运动解析步骤（S060);将由运动解析步骤（S060)在三维空间解析到的头颈 部器官的运动和模拟经口摄取品20的咽下时的行为的解析结果显示在动态画面上的显示 步骤（S070)。
[0042] 若这样构成，则针对动态三维头颈部模型10a，设定头颈部器官的运动、经口摄取 品的物性，使用粒子法来对经口摄取品的行为进行解析，因此能够提供容易近似地再现与 咽下有关的实际现象的咽下模拟方法。
[0043] 此外，本发明的第十二方式的咽下模拟方法在第i^一方式中，例如图25所示那 样，具备：根据模拟经口摄取品20的咽下时的行为的解析结果来进行与经口摄取品的食用 容易度及/或饮用容易度相关的评价的评价步骤（S080);基于由评价步骤（S080)评价出 的评价结果，决定被视为适当的经口摄取品的物性的物性决定步骤（S090)。
[0044] 若如本方式那样构成，则通过能够近似且容易地再现与咽下有关的实际现象的模 拟，能够高精度地导出经口摄取品的食用容易度及/或饮用容易度适当的经口摄取品的物 性。
[0045] 此外，本发明的第十三方式的程序是用于使计算机执行第十一方式或第十二方式 的咽下模拟方法的计算机可读取的程序。
[0046] 在此，程序可以保存在计算机内置的存储部，也可以从因特网下载，还能够保存在 计算机可读取的记录介质中。另外，本方式的计算机中还包含有如咽下模拟装置那样包含 有计算机而构成的装置的计算机（例如个人计算机PC)。
[0047] 此外，本发明的第十四方式的经口摄取品开发支援装置200A例如图26所示那样， 具备：第八方式的咽下模拟装置100B ;经口摄取品试制结果记录部83C，记录以具有由物性 决定部70决定为适当的物性的方式适当地设定制造条件来进行了试制而得的结果；以及 制造条件决定部84,基于经口摄取品试制结果记录部83C所记录的试制结果，决定用于将 经口摄取品的物性设为由物性决定部70决定为适当的物性的制造条件。
[0048] 若这样构成，则经口摄取品开发支援装置200A针对动态三维头颈部模型10a，设 定头颈部器官的运动、经口摄取品的物性，使用粒子法对经口摄取品的行为进行解析，因 此，能够容易地再现与咽下有关的实际现象。然后，利用该能够容易地再现与咽下有关的实 际现象的咽下模拟装置来对经口摄取品进行评价或诊断，因此，能够以高可靠性来开发食 用容易度、饮用容易度优良的经口摄取品。
[0049] 此外，本发明的第十五方式的经口摄取品开发支援装置200A在第十四方式中，例 如图26所示那样，具备根据动态画面上的模拟经口摄取品20的咽下时的行为来对经口摄 取品的食用容易度及/或饮用容易度进行评价或诊断的评价诊断部60,动态画面是为了模 拟地显示由运动解析部50解析出的、各头颈部器官的运动和模拟经口摄取品20的咽下时 的行为的解析结果而由咽下模拟装置100B在虚拟空间形成的虚拟动态画面，评价诊断部 60根据虚拟动态画面上的模拟经口摄取品的行为是否满足预先规定的条件来进行评价或 诊断。
[0050] 若如本方式那样构成，则经口摄取品开发支援装置200A将经口摄取品的行为与 虚拟动态画面和评价诊断条件存储部83A所存储的评价条件或诊断条件进行对照，自动地 评价或诊断，将评价结果或诊断结果结合到经口摄取品开发中，因此，能够高效地开发出容 易食用或容易饮用的经口摄取品。
[0051] 此外，本发明的第十六方式的经口摄取品开发方法例如图27所示那样，具备第 十二方式的咽下模拟方法，具备：经口摄取品试制步骤（S110)，在经口摄取品物性设定 步骤（S040)中，变更经口摄取品的物性来进行设定，反复进行到其之后的物性决定步骤 (S090)，或者，在经口摄取品物性设定步骤（S040)中，变更经口摄取品的物性来进行设定， 反复进行到其之后的评价步骤（S080)，然后一次进行物性决定步骤（S090)，进而，以具有 由物性决定步骤（S090)决定为适当的物性的方式适当地设定制造条件来进行试制；以及 制造条件决定步骤（S120)，基于经口摄取品试制步骤（S110)的结果，决定用于将经口摄取 品的物性设为由物性决定步骤（S090)决定为适当的物性的制造条件。
[0052] 若这样构成，则针对动态三维头颈部模型10a，设定头颈部器官的运动、饮经口摄 取品的物性，使用粒子法对经口摄取品的行为进行解析，因此，能够容易地再现与咽下有关 的实际现象。然后，利用该能够容易地再现与咽下有关的实际现象的咽下模拟方法来评价 经口摄取品，因此，能够开发出食用容易度、饮用容易度优良的饮经口摄取品。
[0053] 此外，本发明的第十七方式的经口摄取品开发方法在第十六方式中，例如图27所 示那样，动态画面是为了模拟地显示由运动解析步骤（S060)解析出的、各头颈部器官的运 动和模拟经口摄取品20的咽下时的行为的解析结果而由咽下模拟装置100B在虚拟空间形 成的虚拟动态画面，显示步骤（S070)是将解析结果模拟地显示在虚拟动态画面上的虚拟 显示步骤，评价步骤（S060)根据由虚拟显示步骤模擬地显示的虚拟动态画面上的模拟经 口摄取品20的行为是否满足预先规定的条件来进行评价。
[0054] 若如本方式那样构成，则经口摄取品开发支援装置200A对照虚拟动态画面与评 价诊断条件存储部83A所存储的评价条件或诊断条件，自动地评价或诊断经口摄取品的食 用容易度、饮用容易度，并将评价结果或诊断结果结合到经口摄取品的开发中，能够高效地 开发出容易食用或容易饮用的经口摄取品。
[0055] 此外，本发明的第十八方式的经口摄取品制造方法例如图28所示那样，使用由第 十六方式或第十七方式的经口摄取品开发方法的制造条件决定步骤（S120)决定的制造条 件来制造经口摄取品。
[0056] 在经口摄取品开发方法中，典型地讲，反复进行模拟、确认适当的物性、然后设为 适当的物性这样来决定制造条件，不断开发经口摄取品，但在经口摄取品制造方法中，只要 在制造步骤中的几个步骤（例如原料配合步骤或烧制步骤）中使用在经口摄取品开发方法 的制造条件决定步骤（S120)中决定的制造条件来进行制造，就相当于该方式。
[0057] 若这样构成，则能够可靠地开发出食用容易度、饮用容易度优良的经口摄取品。
[0058] 为了解决上述课题，本发明的第十九方式的饮食教育支援装置300A例如图29所 示那样，具备：第一方式或第七方式的咽下模拟装置100A(或100B);评价诊断结果记录部 83B，根据模拟经口摄取品20的咽下时的行为的解析结果，记录经口摄取品的食用容易度、 饮用容易度的评价结果或诊断结果；以及教示部85,将由显示部82显示在动态画面上的模 拟经口摄取品20的咽下时的行为与评价诊断结果记录部83B所记录的经口摄取品的评价 结果或诊断结果相关联地进行解说。
[0059] 本方式是应用了第一方式的咽下模拟装置100A的饮食教育支援装置300A。在此， 教示可以是教师使用动态画面或/及教材来进行，也可以是，饮食教育支援装置中以能够 与动态图像连动地作为声音输出的方式装入有应教示的内容，饮食教育支援装置300A通 过声音输出来自动地进行。此外，教示内容可以是基于评价结果或诊断结果来由教示部85 自动地制作，但是优选教育者来进行编辑?补充以使其更易懂。另外，也可以代替第一方式 的咽下模拟装置100A而应用第七方式的咽下模拟装置100B。
[0060] 若这样构成，则使用能够容易再现与咽下有关的实际现象的咽下模拟装置来显示 咽下现象，因此，容易理解经口摄取品的食用容易度或饮用容易度，对于饮食教育是有效 的。
[0061] 为了解决上述课题，本发明的第二十方式的饮食教育方法例如图30所示那样，具 备第十一方式的咽下模拟方法；根据模拟经口摄取品20的咽下时的行为的解析结果来进 行与经口摄取品的食用容易度及/或饮用容易度相关的评价的评价步骤（S080);将由显示 步骤（S070)显示在动态画面上的模拟经口摄取品20的咽下时的行为与由评价步骤（S080) 评价出的经口摄取品的评价结果相关联地进行解说的教示步骤（S082)。
[0062] 本方式是与第十九方式的饮食教育支援装置300A对应的饮食教育方法。若这样 构成，则使用能够容易再现与咽下有关的实际现象的咽下模拟方法来显示咽下现象，因此， 使受到教示的人容易理解饮经口摄取品的食用容易度或饮用容易度，对于饮食教育是有效 的。
[0063] 本发明的第二i^一方式的咽下模拟装置400A例如图31所示那样，在第一方式至 第八方式的咽下模拟装置100AU00B中，具备：器官运动决定部75,针对由器官运动设定部 30设定的器官运动参数，根据由运动解析部50解析出的解析结果，决定与被诊断者的症状 相符的器官运动参数。
[0064] 若这样构成，则能够发现各头颈部器官的功能降低了的部分，有助于诊断。
[0065] 本发明的第二十二方式的诊断支援装置具备第二十一方式的咽下模拟装置。
[0066] 若这样构成，则利用咽下模拟装置，能够实现考虑了咽下现象的迅速的诊断。
[0067] 发明效果
[0068] 根据本发明，第一，能够提供一种能够容易地近似地再现与咽下有关的实际现象、 即头颈部器官及饮经口摄取品的行为的咽下模拟装置、动态三维头颈部模型、咽下模拟方 法、计算机可读取的程序、经口摄取品开发支援装置、经口摄取品开发方法、经口摄取品制 造方法、饮食教育支援装置、饮食教育方法及诊断支援装置。
[0069] 第二，能够提供一种能够正确地表现咽下时的头颈部器官及经口摄取品的行为且 能够将经口摄取品的物性及与行为相关的物理量定量化的咽下模拟装置、动态三维头颈部 模型、咽下模拟方法、计算机可读取的程序、经口摄取品开发支援装置、经口摄取品开发方 法、经口摄取品制造方法、饮食教育支援装置、饮食教育方法及诊断支援装置。

【专利附图】

【附图说明】
[0070] 图1是用于说明格子法和粒子法的区别的图。
[0071] 图2是表示实施例1中的咽下模拟装置的结构例的图。
[0072] 图3是表示实施例1中的动态三维头颈部模型的结构例的图。
[0073] 图4是表示舌头模型的结构例的图。
[0074] 图5是表示舌头模型的其他结构例（初始的结构例）的图。
[0075] 图6是用于说明舌头构造的重叠的图。
[0076] 图7是用于说明具有向中央凹陷的流路的舌头构造的图。
[0077] 图8是表示实施例1中的咽头模型的结构例的图。
[0078] 图9是表示动态三维头颈部模型中的喉头的移动和食道入口的敞开的图。
[0079] 图10是表示喉头部模型中的会厌的旋转运动的图。
[0080] 图11是表示喉头和会厌的连动运动例的图。
[0081] 图12是表示水的情况的三维模拟的解析结果的图。
[0082] 图13是表示水、牛奶的情况的三维模拟的解析结果的图。
[0083] 图14是表不与期切应力和流下速度有关的解析区域的图。
[0084] 图15是表示区域A的剪切应力的经时变化的图。
[0085] 图16是表示区域B的剪切应力的经时变化的图。
[0086] 图17是表示区域B的流下速度的经时变化的图。
[0087] 图18是表不与残存率和误咽率有关的解析区域的图。
[0088] 图19是表示区域C及区域D(合计）的残存率的图。
[0089] 图20是表示区域E的误咽率的图。
[0090] 图21是表示非牛顿流体的情况的三维模拟的解析结果的图。
[0091] 图22是表示固体和流体的耦合解析的例子的图。
[0092] 图23是表示实施例1的咽下模拟方法的处理流程例的图。
[0093] 图24是表示实施例2的咽下模拟装置的结构例的图。
[0094] 图25是表示实施例2的咽下模拟方法的处理流程例的图。
[0095] 图26是表示实施例5的经口摄取品开发支援装置的结构例的图。
[0096] 图27是表示实施例5的经口摄取品开发方法的处理流程例的图。
[0097] 图28是表示实施例5的经口摄取品制造方法的处理流程例的图。
[0098] 图29是表示实施例6的饮食教育支援装置的结构例的图。
[0099] 图30是表示实施例6的饮食教育方法的处理流程例的图。
[0100] 图31是表示实施例7的咽下模拟装置的结构例的图。
[0101] 图32是表不实施例7的诊断支援的处理流程例的图。

【具体实施方式】
[0102] 本申请基于在日本于2012年3月27日申请的特愿2012 - 072178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。
[0103] 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，对相互相同或相 当的部分赋予相同附图标记，省略重合的说明。
[0104] [粒子法]
[0105] 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。
[0106] 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-Semi-implicit)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。
[0107] 在基于发明人提出的粒子法的二维咽下模拟器（特愿2011 - 146780,特愿 2011 - 146781)中，作为解析手法采用了粒子法，由此，能够再现对于现有技术来说困难的 食物块表面的大变形或飞沫化。
[0108] 然而，存在与二维空间的模拟相比进而三维地更正确地表现咽下时的口腔器官、 咽喉器官等头颈部器官及饮食品等的行为的要求。此外，存在由于使用程序的制约而很难 将经口摄取品的物性及与行为相关的物理量定量化的问题。
[0109] 为了解决上述问题，发明人开发了三维咽下模拟器。在二维咽下模拟器中，能够在 单一平面上进行单纯化的构造下的解析。在三维模拟器中，还能够基于医学见解来再现口 腔、咽头、喉头部的正确的构造或行为。此外，三维咽下模拟器进行改善，以使得能够将在二 维咽下模拟器中作为无维的相对值而设定的经口摄取品（食物块）的物性（密度、粘度、表 面张力、接触角、热容量、热传导率、动摩擦系数等）作为有维的数值来设定，并且使得对于 咽下中的食物块的物理量（时间、位置坐标、速度、压力、温度、滑动速度、垂直应力、剪切应 力等），也能够作为有维的数值来进行抽出，由此来进行定量的评价或诊断。
[0110] 实施例1
[0111] [装置结构]
[0112] 图2示出了实施例1中的咽下模拟装置100A的结构例。实施例1中说明评价者 或诊断者进行经口摄取品的输入、观察动态图像来进行咽下评价或咽下诊断的例子。另外， 关于动态三维头颈部模型l〇a的结构例，参照图3。
[0113] 咽下模拟装置100A包括：形成由头颈部器官构成的动态三维头颈部模型10a的头 颈部建模部10 ;设定动态三维头颈部模型l〇a(以下仅称作头颈部模型）中的各头颈部器 官的运动的器官运动设定部30 ;设定作为解析对象的经口摄取品及其物性的经口摄取品 物性设定部40 ;向口腔输入将经口摄取品模型化了的模拟经口摄取品（包括模拟饮食品、 模拟医药品或模拟准医药品）20的输入部81 ;使用粒子法在三维空间对头颈部模型10a中 的各头颈部器官的运动和模拟经口摄取品20的咽下时的行为进行解析的运动解析部50 ; 将由运动解析部50解析出的、各头颈部器官的运动和模拟经口摄取品20的咽下时的行为 的解析结果显示在动态画面上的显示部82 ;基于评价者或诊断者观察动态画面来对经口 摄取品进行了评价或诊断而得的评价结果或诊断结果，决定被视为适当的经口摄取品的物 性的物性决定部70 ;控制咽下模拟装置100A及其各部来执行咽下模拟装置100A的各功能 的控制部90 ;以及存储动态三维头颈部模型10a、设定条件（器官运动、经口摄取品的物性 等）、解析结果、评价结果或诊断结果的存储部83。此外，显示部82还将头颈部模型10a、设 定条件（器官运动、经口摄取品的物性等）、评价结果或诊断结果等显示在画面上。其中， 头颈部建模部10、器官运动设定部30、经口摄取品物性设定部40、运动解析部50、物性决定 部70、控制部90能够通过个人计算机PC来实现，设置在个人计算机PC内。评价者或诊断 者观察显示部82的动态画面来进行评价或诊断，将评价结果或诊断结果从输入部81输入。 所输入的评价结果或诊断结果被记录在存储部83的评价诊断结果记录部83B中。在此，将 医师或牙科医师在健康诊断或医疗行为中进行模拟来评价解析结果的情形称作诊断，与一 般人所进行的评价进行区別。即，在本说明书中，评价是不包括诊断的。
[0114] 作为咽下模拟的对象，能够处理除了饮食品之外还包含医药品、准医药品的经口 摄取品。此外，根据情况不同，非经口摄取的物质（例如弹球等）也能够作为咽下模拟的对 象来处理，以进行误饮、窒息的验证。经口摄取品物性设定部40如果经口摄取品为液体，则 设定液量?粘度?表面张力?比重?热传导率?比热等物性，如果经口摄取品为固体，则设 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?热 传导率?比热等物性，如果经口摄取品为半固体（有可塑性但是无流动性），则设定量?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。
[0115] 动态三维头颈部模型l〇a与口腔器官的实际的运动相应地形成，随时间进行变 形，这对于进行高精度的解析是优选的，因此，将模型整体作为粒子（刚体、粉末体、弹性 体、塑性体、弹塑性体）来处理较好，但是，若粒子数增加则进行三维空间的解析的计算机 PC的负荷会增大，因此，为了使解析简单?容易，将头颈部器官设定为多边形来进行解析是 商效的。
[0116] 输入部81由鼠标、键盘等输入设备构成，将要投入的模拟经口摄取品20投入到口 腔内。例如用鼠标将光标向口腔内拖拽，模拟经口摄取品20向口腔内的投入位置设为例如 口腔内的牙的附近（例如模拟经口摄取品的长度的2倍以内），将刚拖拽完的时间设为投入 时间。
[0117] 运动解析部50中，对头颈部器官的运动所伴随的、模拟经口摄取品20(以下仅称 作经口摄取品）的咽下时的行为进行解析。通过舌头11的行波的波动运动、会厌12a的旋 转运动、喉头12的往复运动等，使得投入到头颈部内部的经口摄取品运动。经口摄取品的 运动通过粒子法而被解析。经口摄取品不管是固体?半固体?液体的哪个都作为多边形或 粒子来处理（为了减轻计算负荷也有时作为多边形处理）。
[0118] 显示部82将经口摄取品的行为的解析结果显示在动态画面上。也能够将动态图 像的1个镜头作为静止图像来进行显示，也能够逆回时间来进行倒回显示。
[0119] 存储部83存储头颈部模型10a、器官特性、设定条件、解析结果、评价结果或诊断 结果等。
[0120] 评价或诊断是评价者或诊断者观察显示部82的动态画面来进行的。例如在显示 部82所显示的评价表或诊断表的表格中输入〇X、等级、分数等。评价结果或诊断结果被 记录在评价诊断结果记录部83B中。通过由经口摄取品物性设定部40使经口摄取品的物 性值变化来进行评价或诊断，能够求出经口摄取品的适当的物性值。物性决定部70基于评 价诊断结果记录部83B所记录的评价结果或诊断结果自动地决定被视为适当的经口摄取 品的物性。另外，由人来决定的情况在实施例4中示出。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来表示，也可以将适当的范围分为多个级别 (等级A?等级C等）来表示，也可以表示多个点，还可以表示最佳的1点。当应求出的物 性有多种时，也可以使用多维的主成分分析来求出适当的物性的范围。
[0121] 控制部90控制咽下模拟装置100A及其各部，使其执行咽下模拟装置100A的各功 能。控制部90在内置存储器中存有咽下模拟器（解析用软件）。
[0122] [头颈部模型]
[0123] 图3中示出了本实施例的头颈部模型10a的结构例。图3(a)示出了头颈部模型 10a的立体图，图3(b)示出了主视图，图3(c)示出了侧视图，图3(d)示出了 A - A截面图。 图中，11为舌头（包含颏舌肌Ilf (参照图4))，12为喉头，12a为会厌（也称作喉头盖），13 为气管，14为咽头（14a为咽头的管壁，14b为咽头的粘膜），15为腭（15a为硬腭，15b为软 腭），16为颌（包含颏部16a)，17为口腔，18为食道（18a为食道入口，18b为食道的管壁）， 20为作为模拟经口摄取品的球状食物块。
[0124] 粒子法中，若粒子数增加则计算机的负担会增加，解析花费时间。本实施例中，将 经口摄取品作为粒子（流体）来表现，将各口腔器官作为通过多边形距离函数制作出的壁 边界（将即使从流体等受到了外力也不会移动的壁作为距离函数而配置在空间内的边界） 来表现，由此，能够简化头颈部模型l〇a，减轻了计算机的负担。各头颈部器官的运动（行波 的波动运动、旋转运动、往复运动等）由器官运动设定部30来设定。
[0125] 当制作头颈部模型10a时，根据通过解剖而理解的构造的见识、以及从CT (计算 机断层摄影：Computed Tomography)图像可大致读取出的软腭15b或舌头11的形态及气 管13的形态，推断出了咽头14和食道入口 18a的位置。使用CG(计算机图形：Computer Graphics)用软件（Autodesk3ds Max等），对舌头11、软腭15b、咽头14和食道入口 18a、会 厌12a和喉头12的构造进行了建模。接下来，对所得到的动态三维头颈部模型10a，重叠 由 VF(咽下造影检查：Videofluoroscopic examination of swallowing)得到的咽下时的 造影图像（正视及侧视图），对立体构造进行了修正。进而，对空间区域的三维的变化的概 略，参照咽下的电影MRI (电影磁共振图像：Cine Magnetic Resonance Imaging)的动画， 赋予了运动。另外，电影MRI是基于心率同步的心脏摄影法的原理（同步取样法）的扩展 形。首先，通过向MRI装置的触发的一定间隔的输入和与触发同步的咽下运动的反复，得到 多个截面的MRI动画。对该多个截面的MRI动画进行立体构建，进而配置在时间轴上，由此 得到了4维的重构图像。
[0126] 使用图3的头颈部模型10a模拟了咽下运动。当模拟时，使用距离函数对头颈部 模型l〇a进行了表现。粒子法中，对位于空间点（三维坐标）的经口摄取品（粒子），处于 最短距离的器官最强地作用，随着距离变远而作用变弱。距离函数是指对空间点（三维坐 标），用到头颈部模型l〇a为止的最短的距离进行了定义的函数，若使用距离函数，则能够 容易地进行头颈部模型l〇a的重叠（在空间点中定义了与全部头颈部器官之间的距离的最 小值）。由于头颈部模型l〇a的重叠容易，因此，对分割的各头颈部器官单独地设定移动量， 之后再重叠，由此，能够再现咽下运动。
[0127] [舌头模型]
[0128] 图4示出了舌头模型10b的结构例。图4(a)示出了舌头11的肌肉（从下颌骨的 颏部16a延伸的颏舌肌Ilf)的配置，图4(b)示出了沿着颏舌肌Ilf被分割为扇形的舌头 模型l〇b。舌头模型10b由头颈部建模部10来形成，舌头的运动由器官运动设定部30来设 定。舌头模型l〇b需要再现舌头11对食物块的输送。舌头模型10b设为如下的构造：将颏 舌肌的起始即下颌骨的颏部16a作为扇的扇轴，沿着从起始延伸的颏舌肌Ilf将舌头11分 割为扇形。分割例如在将嘴唇作为前、将咽喉作为后时的前后方向上进行n分割（本实施 例中n = 5)，在横方向上未进行分割。将分割后的各部称作扇形部11a?lie。舌头11的 运动对经口摄取品的输送，是通过使各扇形部11a?lie在半径方向上振动、使从前方朝向 后方振动的相位依次错开来实现的。振动例如设定成，以颏舌肌Ilf为中心按照振幅5_、 频率1. 1Hz进行振动，各扇形部11a?lie从近前侧朝向里侧依次使振动定时（相位）延 迟 0? Is。
[0129] 图5示出了舌头模型的其他结构例（初始的结构例）。图5(a)示出了分割前的舌 头模型，图5(b)示出了分割后的舌头模型。如图5(b)所示那样，最初研究了将舌头11进 行6X6 = 36分割的模型，但是，未能够如预料那样再现顺滑的舌头11的运动，而且由于进 行36分割导致了对PC(Personal Computer)的负荷增大，解析无法正常地进行。因此，考 虑将分割数设为最小，从而想到了图4的模型。但是，在PC的处理能力提高了的情况下，也 有可能使用该36分割等多分割模型。
[0130] 此外，在这次的实施例中，为了减轻计算负荷而使用了将舌头11进行分割的模 型，但是，也可以不进行分割，对形状变化了的舌头模型按照各计算时间分别进行读入，能 够模拟更加顺滑的行波的波动运动。
[0131] 图6是用于说明舌头构造的重叠的图。图6(a)示出了重叠前的舌头构造，图6(b) 示出了重叠后的舌头构造，图6(c)示出了重叠的细节。若在重叠前单纯地使舌头11的各 扇形部11a?lie进行振动运动，则如图6(a)所示那样，在各扇形部11a?lie的间隙处 切断面会露出在外，因此，如图6(b)及图6(c)所示那样，在各扇形部11a?lie的切断面 制作例如高度5_的圆顶形状，使2个构造重叠，由此，能够避免出现缝隙。
[0132] 图7是用于说明具有在中央凹陷的流路的舌头构造的图。图7(a)是表示对平常时 的舌头构造重叠了中央凹陷的舌头构造（舌头表面部）llg后的模型的立体图，图7(b)是 说明平常时的舌头构造（扇形部）11a?lie相对于中央凹陷的舌头构造（舌头表面部）llg 的运动的图。图7(b)中，作为舌头11而示出的部分中，各扇型部11a?lie在前后方向上 重叠。平常时的舌头构造11a?lie是图6(b)、（c)的舌头构造，中央凹陷的舌头构造（舌 头表面部）llg是左右两侧沿着半径方向延伸并在中央部分具有凹陷的构造。使该中央凹 陷的舌头构造llg与平常时的舌头构造11a?lie重合。于是，中央凹陷的舌头构造llg的 左右两侧沿着半径方向而构成壁面，平常时的舌头构造（各扇形部）11a?lie的表面在中 央凹陷的舌头构造llg的凹陷中在半径方向上振动（图7(b)中为上下振动）。舌头11的 输送中，根据在舌头11的中心聚集食物块20并使食物块20流入这样的医学见识，通过还 具备刚要咽下时的中央凹陷的舌头构造llg，确保了食物块（模拟经口摄取品）20的流路。
[0133] 而且，将各扇形部11a?lie的半径方向的振幅设为了例如10?15mm。此外，在 咽下时除了振动运动之外，还对各扇形部11a?lie赋予向圆周方向里侧的例如15°的旋 转运动（一边振动一边以扇的扇轴为中心进行总计15°的旋转）。通过错开了相位的扇形 部11a?lie的振动和旋转运动，进行食物块的输送。另外，上述的振幅、频率、振动的定时、 重叠高度、旋转角度为1例，能够在良好的范围内（例如±20% )自由地设定。
[0134] 而且，设为通过舌头11的最里侧的扇形部lie来压入模拟经口摄取品20。扇形部 lie的具体的压入的运动例如下述那样。在咽下的定时之前，与其他扇形部11a?lid同样 地一边以振幅10mm进行振动一边同时进行旋转。但是，其他扇形部11a?lid花费0. 3秒 来进行旋转15度的运动，与此相对，最里侧的扇形部1 le旋转0. 1秒就停止（仅旋转5度）， 然后，花费0.2秒来反转15度。在该反转中示出了如下行为：以扇形的扇轴为中心的振动 运动在反转开始时为最大振幅，朝向旋转中心侧而缓缓地减小。然后，扇形部lie用0.2秒 旋转10度，几乎返回到咽下前的状态，等待下一次的咽下运动。在该返回时模拟经口摄取 品20被压入。
[0135] 使用该舌头模型10b，改变重力方向来进行解析，确认到了舌头11的运动对食物 块（在此为水物性）20的输送得以实现。
[0136] [喉头部模型]
[0137] 必须要再现食道18的入口在平常时关闭、在咽下时食道18敞开的样态。喉头部 模型l〇c通过会厌12a和喉头12的运动，来实现食道18和喉头12的敞开和闭塞。喉头部 模型l〇c由头颈部建模部10来形成，其运动由器官运动设定部30来设定。
[0138] 图8示出了喉头部模型10c的结构例。喉头部模型10c由会厌12a和喉头12构 成。会厌12a具有与喉头12相连的孔，喉头12为管状，会厌12a是喉头12的入口（喉头 口）的管的周围的堤坝状的隆起。喉头12在承载着会厌12a的状态下进行向下颌骨颏部 16a方向和其相反侧移动的往复运动和会厌12a在喉头12上旋转的旋转运动。在此，喉头 12的移动和会厌12a的旋转同时进行。该期间，咽头14向上方向缩短并且内腔收缩。
[0139] 图9示出了动态三维头颈部模型10a中的喉头12的移动和食道入口 18a的敞开。 图9(a)示出了喉头12移动前（平常时）的食道入口 18a被闭塞了的状态，图9(b)示出了 喉头12移动后的食道入口 18a被敞开了的状态。此外，图9(c)是表示平常时（食道入口 18a闭塞状态时）的喉头部模型10c的截面的图。如图9(a)、（b)所示那样，平常时，喉头 12位于下颌骨的颏部16a的斜下方向，咽下时，向斜上方向即下颌骨的颏部16a的方向移动 而使食道入口 18a敞开。图9(a)的箭头表示喉头部12c的移动方向。此外，如图9(c)所 示那样，平常时，食道入口 18a被上食道括约肌闭塞，食道18的前壁与气管13的后壁接触。
[0140] 图10示出了喉头部模型10c中的会厌12a的旋转运动。图10(a)示出了旋转前 的状态，图10(b)示出了旋转后的状态。图10(b)中用箭头表示喉头12的移动方向和会厌 12a的旋转方向。旋转的角度与现实的运动进行对照而被设定为例如135度。咽下时，喉头 12向下颌骨的颏部16a侧移动，食道入口 18a被敞开，并且，通过会厌12a的旋转运动而将 喉头12的入口闭塞。
[0141] 图11示出了喉头部模型l〇c (喉头部为12c)中的喉头12和会厌12a的连动运动 例。图11 (a)示出了 0? Osec的状态，（b)示出了 0? 2sec的状态，（c)示出了 0? 4sec的状 态，（d)示出了 0. 5sec的状态，（e)示出了 0. 6sec的状态，（f)示出了 0. 7sec的状态，（g) 示出了 0. 8sec的状态，（h)示出了 0. 9sec的状态，（i)示出了 1. Osec的状态。会厌12a在 0. 2sec开始倾斜，在0. 6sec横倒，在0. 7sec成为最大135度，然后反转，在1. Osec复原。 喉头12在0. 6sec开始移动，在0. 7sec成为最大，在0. 9sec复原。图中的箭头示出了来到 舌头（扇形部）11的最上部的部分。另外，设有所述的在会厌12a的倒下的瞬间舌头（扇 形部）的最里侧部lie进行5mm压入的运动。
[0142] [咽下模拟器]
[0143] 用于执行本实施方式的咽下模拟方法的模拟器（解析软件）进行头颈部器官的建 模，使用粒子法对通过口腔及咽喉时的流体?食物块的行为进行解析。
[0144] 根据模拟器的解析结果，例如：
[0145] (a)基于经口摄取品的物性值的不同，推断咽下?误咽?误饮?窒息风险，
[0146] (b)基于经口摄取品的物性值的不同，推断咽下时间，
[0147] (c)基于经口摄取品的物性值的不同，推断咽喉壁（气管或咽头的管璧）受到的 力、以及剪切应力，
[0148] (d)根据上述数据和感官评价或感官诊断的相关性，评价或诊断经口摄取品的饮 用容易度?食用容易度、饮用困难度?食用困难度。
[0149] 评价或诊断有评价者或诊断者进行的情况和咽下模拟装置自动进行的情况。本实 施例中由评价者或诊断者来进行。
[0150] 咽下模拟器是使用三维粒子法解析软件来制作的。本解析软件具有如下特征：能 够将流体的物性值或时间作为数值直接输入，通过适当地改变各自的物理量，而能够进行 定量的解析。
[0151] [解析事例1]
[0152] 在所设有的咽下运动中，通过投入各种物性的经口摄取品（食物块），来解析咽下 时的食物块的行为。首先，作为模拟经口摄取品20,举例水，带入水的物性值来进行了解析。
[0153] 表1示出了解析所使用的水的物性值。与二维模拟器的解析不同，在物性值中带 入有单位的数值。将解析所使用的粒子的粒径设为1mm，投入了约3ml的食物块。另外，粒 子的粒径能够由运动解析部50任意地设定。
[0154] [表 1]
[0155] 物性值（水）设定
[0156]

【权利要求】
1. 一种咽下模拟装置，其中，具备： 头颈部建模部，形成由头颈部器官构成的动态三维头颈部模型； 器官运动设定部，设定所述动态三维头颈部模型中的各头颈部器官的运动； 经口摄取品物性设定部，设定作为解析对象的经口摄取品及其物性； 输入部，向口腔输入将所述经口摄取品模型化了的模拟经口摄取品； 运动解析部，使用粒子法在三维空间对所述动态三维头颈部模型中的各所述头颈部器 官的运动和所述模拟经口摄取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头颈部器官的运动和所述模拟经口摄取 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记载的咽下模拟装置，其中， 所述头颈部建模部将所述头颈部器官设定为多边形或粒子； 所述运动解析部将所述模拟经口摄取品作为多边形或粒子来处理。
3. 如权利要求2记载的咽下模拟装置，其中， 所述头颈部建模部形成将舌头在外里侧方向上分割为以颏舌肌的起始即下颌骨的颏 部为扇轴的η个扇形部的构造，其中，η为2以上的整数； 所述器官运动设定部设定行波的波动运动，使得通过各扇形部在半径方向上具有规定 的相位差地连动振动来将所述模拟经口摄取品向里侧方向输送。
4. 如权利要求3记载的咽下模拟装置，其中， 所述头颈部建模部形成如下构造：为了避免由于所述各扇形部的振动在所述各扇形部 之间产生间隙，而使所述各扇形部的表面部分相互重叠，而且形成如下构造：使左右两侧沿 着半径方向延伸且在中央部分具有凹陷的舌头表面部重合在所述各扇形部的表面部分上， 在静止状态的舌头表面部的所述凹陷中所述各扇形部在半径方向上进行振动； 所述器官运动设定部设定成，在咽下时，各扇形部向圆周方向里侧旋转规定的角度，在 咽下最终时，由所述舌头的最里侧的扇形部将所述模拟经口摄取品压入。
5. 如权利要求3或4记载的咽下模拟装置，其中， 所述头颈部建模部形成如下构造：将所述动态三维头颈部模型分割为咽头、喉头部和 食道，将所述喉头部分割为会厌和喉头，在咽下开始前，将所述食道的食道入口闭塞，在咽 下时，使所述食道入口扩张，咽头收缩； 所述器官运动设定部设定成，在咽下时，使所述喉头向下颌骨的颏部方向移动来使所 述食道入口敞开，咽头收缩，接着通过使所述会厌向里侧旋转规定的角度，将喉头入口闭 塞。
6. 如权利要求1至5中任一项记载的咽下模拟装置，其中， 所述经口摄取品物性设定部作为解析对象，设定不同物性的液体、半固体或固体的多 个模拟经口摄取品； 所述运动解析部针对所述多个模拟经口摄取品，规定自由表面和所述多个模拟经口摄 取品间的边界，进行所述多个模拟经口摄取品的连动行为的解析。
7. 如权利要求1至6中任一项记载的咽下模拟装置，其中， 具备： 评价诊断部，根据所述动态画面上的所述模拟经口摄取品的所述咽下时的行为，对所 述经口摄取品的食用容易度及/或饮用容易度进行评价或诊断； 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头颈部器官的运 动和所述模拟经口摄取品的咽下时的行为的解析结果而通过咽下模拟装置在虚拟空间形 成的虚拟动态画面； 所述评价诊断部根据所述虚拟动态画面上的模拟经口摄取品的行为是否满足预先规 定的条件来进行评价或诊断。
8. 如权利要求1或7记载的咽下模拟装置，其中， 具备： 评价诊断结果记录部，根据所述模拟经口摄取品的所述咽下时的行为的解析结果，记 录与所述经口摄取品的食用容易度及/或饮用容易度相关的评价结果或诊断结果；以及 物性决定部，基于所述评价诊断结果记录部所记录的评价或诊断结果，决定被视为适 当的经口摄取品的物性。
9. 一种动态三维头颈部模型，由头颈部器官构成，其中， 该动态三维头颈部模型被设为将舌头在外里侧方向上分割为以颏舌肌的起始即下颌 骨的颏部为扇轴的η个扇形部的构造，其中，η为2以上的整数； 该动态三维头颈部模型被设定成进行通过各扇形部在半径方向上具有规定的相位差 地连动振动来将所述模拟经口摄取品向里侧方向输送的行波的波动运动。
10. 如权利要求9记载的动态三维头颈部模型，其中， 该动态三维头颈部模型被设为如下构造：为了避免由于所述各扇形部的振动在所述各 扇形部之间产生间隙，而使所述各扇形部的表面部分相互重叠，而且，被设为如下构造：使 具有左右两侧沿半径方向延伸且在中央部分具有凹陷的舌头表面部重合在所述各扇形部 的表面部分上，在静止状态的舌头表面部的所述凹陷中所述各扇形部在圆周方向上进行振 动； 该动态三维头颈部模型被设定成，在咽下时，各扇形部向圆周方向里侧旋转规定的角 度，接着，由所述舌头的最里侧的扇形部将所述模拟经口摄取品压入； 该动态三维头颈部模型被设为如下构造：该动态三维头颈部模型被分割为咽头、喉头 部和食道，喉头部被分割为会厌和喉头，在咽下开始前，将所述食道的食道入口闭塞，在咽 下时，使食道入口扩张，咽头收缩； 该动态三维头颈部模型被设定成，在咽下时，使所述喉头向下颌骨的颏部方向移动而 使食道入口敞开，咽头收缩，接着，通过使所述会厌向里侧旋转规定的角度，将食道入口闭 塞。
11. 一种咽下模拟方法，其中， 具备： 头颈部建模步骤，形成由头颈部器官构成的动态三维头颈部模型； 器官运动设定步骤，设定所述动态三维头颈部模型中的各头颈部器官的运动； 经口摄取品物性设定步骤，设定作为解析对象的经口摄取品及其物性； 输入步骤，向所述口腔输入将所述经口摄取品模型化了的模拟经口摄取品； 运动解析步骤，使用粒子法，对所述动态三维头颈部模型中的各所述头颈部器官的运 动和所述模拟经口摄取品的咽下时的行为进行解析；以及 显示步骤，将由所述运动解析步骤在三维空间解析出的各所述头颈部器官的运动和所 述模拟经口摄取品的所述咽下时的行为的解析结果，显示在动态画面上。
12. 如权利要求11记载的咽下模拟方法，其中， 具备： 评价步骤，根据所述模拟经口摄取品的所述咽下时的行为的解析结果，进行与所述经 口摄取品的食用容易度及/或饮用容易度相关的评价；以及 物性决定步骤，基于由所述评价步骤评价出的评价结果，决定被视为适当的经口摄取 品的物性。
13. -种计算机可读取的程序，其中， 用于使计算机执行权利要求11或12记载的咽下模拟方法。
14. 一种经口摄取品开发支援装置，其中， 具备： 权利要求8记载的咽下模拟装置； 经口摄取品试制结果记录部，记录以具有由所述物性决定部决定为适当的物性的方式 适当地设定制造条件进行了试制的结果；以及 制造条件决定部，基于所述经口摄取品试制结果记录部所记录的试制结果，决定用于 将所述经口摄取品的物性设为由所述物性决定部决定为适当的物性的制造条件。
15. 如权利要求14记载的经口摄取品开发支援装置，其中， 具备： 评价诊断部，根据所述动态画面上的所述模拟经口摄取品的所述咽下时的行为，对所 述经口摄取品的食用容易度及/或饮用容易度进行评价或诊断； 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头颈部器官的运 动和所述模拟经口摄取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形成 的虚拟动态画面； 所述评价诊断部根据所述虚拟动态画面上的模拟经口摄取品的行为是否满足预先规 定的条件来进行评价或诊断。
16. -种经口摄取品开发方法，其中，具备： 权利要求12记载的咽下模拟方法； 经口摄取品试制步骤，在所述经口摄取品物性设定步骤中，变更所述经口摄取品的物 性来进行设定，反复进行到之后的物性决定步骤；或者，在所述经口摄取品物性设定步骤 中，变更所述经口摄取品的物性来进行设定，反复进行到之后的评价步骤，然后一次进行物 性决定步骤；进而，以具有由所述物性决定步骤决定为适当的物性的方式适当地设定制造 条件来进行试制；以及 制造条件决定步骤，基于所述经口摄取品试制步骤的结果，决定用于将所述经口摄取 品的物性设为由所述物性决定步骤决定为适当的物性的制造条件。
17. 如权利要求16记载的经口摄取品开发方法，其中， 所述动态画面是为了模拟地显示由所述运动解析步骤解析出的各所述头颈部器官的 运动和所述模拟经口摄取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形 成的虚拟动态画面； 所述显示步骤是将所述解析结果模拟地显示在所述虚拟动态画面上的虚拟显示步 骤； 所述评价诊断步骤根据由所述虚拟显示步骤模擬地显示的虚拟动态画面上的模拟经 口摄取品的行为是否满足预先规定的条件来进行评价。
18. -种经口摄取品制造方法，其中， 使用权利要求16或17记载的经口摄取品开发方法的制造条件决定步骤中决定出的制 造条件来制造所述经口摄取品。
19. 一种饮食教育支援装置，其中， 具备： 权利要求1或7记载的咽下模拟装置； 评价诊断结果记录部，根据所述模拟经口摄取品的所述咽下时的行为的解析结果，记 录所述经口摄取品的食用容易度、饮用容易度的评价结果或诊断结果；以及 教示部，将由所述显示部在动态画面上显示的所述模拟经口摄取品的咽下时的行为， 与所述评价诊断结果记录部所记录的经口摄取品的评价结果或诊断结果相关联地进行解 说。
20. -种饮食教育方法，其中， 具备： 权利要求11记载的咽下模拟方法； 评价步骤，根据所述模拟经口摄取品的所述咽下时的行为的解析结果，进行与所述经 口摄取品的食用容易度及/或饮用容易度相关的评价； 教示步骤，将由所述显示步骤在动态画面上显示的所述模拟经口摄取品的咽下时的行 为，与由所述评价步骤评价出的经口摄取品的评价结果相关联地进行解说。
21. 如权利要求1至8中任一项记载的咽下模拟装置，其中， 具备： 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症状相符的器官运动 参数。
22. -种诊断支援装置，其中， 具备权利要求21记载的咽下模拟装置。
【文档编号】A61B5/11GK104302228SQ201380017017
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2013年3月18日 优先权日:2012年3月27日
【发明者】道肋幸博, 羽生圭吾, 神谷哲, 外山义雄, 村上里香 申请人:株式会社明治, 道肋幸博