カスタマイズしたセンサーを用いて検知した外耳道のひずみで咀嚼回数を計数する新しい方法

[緒言]咀嚼とは、食物を噛むことで小さくしながら、唾液あるいは水分と混和し食塊に加工することで、食物を嚥下できる状態にすることである。食品により、嚥下に至るまでの咀嚼回数や咀嚼時間が異なるが、嚥下しやすい食塊の物性には一定の基準があることが報告1, 2)されている。食塊の形成に十分なだけ粉砕しようとすると、一定以上の咀嚼が必要となる。さらに、食品から栄養素を吸収するために、消化酵素による化学的な分解が必要である。つまり、細かく分解しないと吸収できる栄養素とならない。咀嚼が十分でないと栄養補給に支障が出ると考えられるが、事実、総義歯装着者は、インプラントの支持を求めた義歯装着者に比べて、咀嚼機能が劣っており、咀嚼に続く栄養素の吸収も劣っていることが報告1)されている。一方で、歯科的な機能不良は食物繊維の摂取減少に関係するが、総合的な栄養摂取の減少には関与しないとの報告2)もある。歯科的な障害として義歯装着者の栄養摂取状態を栄養素別に調べると、食物繊維やビタミンＣ・βカロチンの血中濃度が低いとの研究3)がある。20本以上の歯を持つ高齢者の方が、野菜や果物の摂取が豊富であるとの報告4)もあり、義歯装着者では、野菜から摂取する栄養素に問題が生じる可能性を示している。このことから、よく噛んで食べない人は野菜の摂取が減り、バランスの良い栄養摂取が出来ないとも考えることができ、よく噛むことで栄養摂取状態の改善につながる可能性がある。一方で、咀嚼回数を多くして食事に時間をかけることで肥満予防にも繋がる5)といったことが推奨されている。咀嚼回数が少なくなると食事時間が短くなるにも関わらず、エネルギー摂取量が多くなる6)ことからも肥満の原因になると考えられている。健康を維持するためには、その咀嚼機能を「適度に」使うことが必要と考えられ、咀嚼回数を測定することで、咀嚼を意識し、健康を維持するための方法となると考えられる。咀嚼回数の測定は、以前の研究では、専用の顎運動測定装置7-10)およびビデオ録画11)を使用して評価されていた。下顎運動計（MKG）デバイスは、発光ダイオードまたは磁石を使用して顎の動きを測定し、筋電図デバイスは、咬筋などの咀嚼筋の筋肉活動を測定する。得られた下顎の動きと筋活動の波形から咀嚼回数を計数された。ただし、これらの方法では、特定の各コンポーネントを抽出して測定するために特定のデバイスが必要であり、特別な装置の必要性は、一般の歯科診療や実験室の外で疫学研究などでの咀嚼運動の評価を妨げることが多く、実行を困難にすると考えられる。また、ビデオデータの分析は複雑であり、毎日の食事におけるすべての食物摂取のビデオを記録することは困難である。これらの困難性を考慮して、近年、ウエアラブルな装置で咀嚼回数を計数する試みが行われているが、いずれも実用性に欠けるものが多い12-15)。Taniguchiらは外耳道の動きを、光学式距離センサーを利用して記録することにより、咀嚼回数を計数しようと試みている16)。そこで、松本歯科大学では咀嚼回数を測定する方法として、外耳道ひずみが下顎運動を反映していること17)を利用して、一定のアルゴリズムを持って計数すること18)で、より簡便かつ正確に咀嚼回数を測定できるかどうかを明らかにすることを目的とした研究がなされてきた19)。しかし、その中で測定不能な被験者もいた。その理由として、これまでの研究で開発された咀嚼回数計数装置は1種類の大きさの既製の耳栓を応用したセンサーを用いていたために、センサーの適合不良によるものと考察された。近年、CAD（Computer Aided Designing）/CAM（Computer Aided Manufacturing）の技術が進み、3D (dimension)プリンターを用いた人工的な製作物が医療にも用いられるようになっている20-22)。CAD/CAMの技術を応用すると、各個人の特徴に合わせた製作物をカスタマイズして製作することができる。特にRoland DG社では3Dプリンター用の柔軟質樹脂を開発(https://global.rolanddg.com/gallery/customer-success-stories/medical-dental/artec-3d, 2017/10/8)し、耳介の再構築に用いている。このような柔軟質樹脂で中空の構造をもったものを利用すると、外耳道のひずみを気圧の変化に変換するセンサーに利用できると考えた。本研究では外耳道の印象採得を行い、この印象体をスキャニングすることにより、CAD/CAMを利用して、各個人の外耳道にカスタマイズしたセンサーを製作することとし、新たな咀嚼回数計数装置の有用性を検討した。