文摘
胃癌患者在经历了胃切除术的风险高成为营养不良由于胃功能下降。为了防止营养不良,病人需要彻底嚼一口食物至少30次。对于这些胃切除术患者需要营养支持,我们开发了一个名叫earable RCC chewing-count测量装置使用一个earphone-type传感器。实验来评估这个设备的性能进行了六个健康志愿者参与“嚼口香糖的测试”和“almond-eating测试。“基于结果的精确计算是≥0.958,表明earphone-type chewing-count测量装置实验可以区分咀嚼和其他操作。此外,记得从测试结果计算≥0.937,显示设备不咀嚼动作和小姐可以准确计算数量的嚼嚼的时机有高概率。实验结果也暗示earphone-type传感器可用于测量吞咽、咬合的力量,和舌头的运动。我们未来的计划包括临床试验的earphone-type chewing-count测量装置来确定它的效用在病人经历了胃切除术。我们还打算扩大的应用该设备用于其他病人在痴呆预防和饮食支持援助。
1。介绍
胃癌患者进行胃切除术手术风险高的营养不良,因为胃功能下降(1]。为了防止营养不良,改善膳食摄入量的方法是很重要的。这样的一个改进是缓慢而彻底嚼一口食物摄取它之前的30倍。口头指令伴随着材料,如小册子仔细咀嚼是给病人;然而,咀嚼主观取决于病人的实际实践并进行缓慢而彻底咀嚼前摄入往往是困难的。如果病人不能缓慢而彻底咀嚼吞咽之前,食品等问题迅速流入肠道,身体无法适应,和倾倒综合征早期出现。通过可视化的做法彻底咀嚼和应用为病人的支持,患者的生活质量有了胃切除术(postgastrectomy患者)可能得到改善。我们相信可视化的做法彻底咀嚼可以增强病人的饮食习惯,并试图实现这一临床基地。会议“彻底咀嚼”度量可以通过量化咀嚼的数量。
改善膳食摄入量的方法和确定咀嚼的数量,数据获取和记录,最好使用一个chewing-count测量装置由病人自己在获得和记录。这是因为数据的收集和记录病人的地方过度的负担,和数据可能不是目标。当前设备的数量来衡量咬口包括一个相机,记录运动(2];牙齿传感器(3),肌电图(4),和压电应变计传感器(5附在皮肤表面;麦克风,发现咀嚼的声音6- - - - - -9];和加速度计,认识到运动引起的皮肤咀嚼(10,11]。然而,这些设备没有专为饮食postgastrectomy病人的支持,开发和应用于这类病人时每个工具都有缺点。例如,捕捉嘴运动由相机测量咀嚼活动影响着病人的隐私。牙齿传感器捕获的数量咀嚼是侵入性和不被病人接受。EMG和压电应变计传感器,测量咀嚼的数量依赖于肌肉和皮肤运动要求传感器放置在患者的皮肤,增加病人的不适和阻碍他们吃饭的能力。此外,麦克风,发现咀嚼的声音由于环境背景噪声往往是无效的。感应器可以探测膳食摄入量是否发生但是否不适合精确测量咀嚼的数量。此外,所有这些设备的设计不允许嚼测量结果实时实现病人和医生。
因此,我们一直在进行研究和开发对chewing-count测量设备,使用一个earphone-type传感器提供的饮食支持postgastrectomy患者(12- - - - - -14]。在本文中,我们描述了机械设备的和现在的结果性能评价实验。在先前的研究中,我们关注的独特模式变化与消费相关的食物(咀嚼),主要目的是医疗监测。我们开发了一个earphone-type传感器(可穿戴设备),并演示了其有效性在吃饭期间获得可靠的测量15]。
2。材料和方法
2.1。Earphone-Type Chewing-Count测量装置
在这个研究中,我们旨在开发一个chewing-count测量装置,满足以下5个条件:(我)提供一个测量精度(精度和召回)≥90%(2)不妨碍病人的饮食活动:少穿设备的负担,咀嚼的口腔没有放置传感器或测量装置(测量可以即使在口中有食物),用于咀嚼的肌肉和关节的运动(例如,脸颊关节和颞肌)不妨碍设备和小型和轻型设备(3)保护病人隐私(iv)操作方便,便于处理,没有专业知识(v)揭示的咀嚼实时病人和医生,记录餐内容图片,展示过去餐内容(图像)和同时测量图形格式
咀嚼时通过颞肌和颞下颌关节的运动。根据颞肌和颞下颌关节解剖位置关系如图1,咀嚼活动变化的形状耳颞肌和颞下颌关节附近。我们测量耳道的形状的变化由于咀嚼earphone-type传感器,并使用获得的结果,我们开发了一个设备,决定了咀嚼的数量。earphone-type传感器包含一个使用光的光学传感器的距离测量。使用这种方法,咀嚼数可以获得无刺激性敏感的耳朵。
的外观earphone-type chewing-count测量装置叫earable RCC如图2。设备的配置如图3。在这个设备,earphone-type传感器连接到右或左耳朵,耳道的运动测量。earphone-type传感器具有相同的形状作为inner-ear-type耳机和配备了光学距离传感器,QRE1113(美国加州飞兆半导体公司International Inc .),它有一个内置的红外LED和光电晶体管。红外线LED发出在耳道内,传播和反射的光被光电晶体管。从获得的数据,可以测量的耳道在咀嚼运动(图4)。光学距离传感器周围的电子线路图所示5。在这个图中,当距离d之间的耳膜和光学传感器的距离短,反射的光线从鼓膜大,输出电压的增加。同样的,当距离d长,反射光的数量小,输出电压降低。
earphone-type传感器插入耳道了两个尺寸,中小,基于商用传感器。传感器也被构造为左和右耳朵为每个大小。
earphone-type传感器与电缆连接到一个测量仪。仪器是110×75×25毫米大小,体重115克;是足够小的餐桌。3.3 V的电压直流earphone-type传感器提供的仪器,传感器检测和输出数据的偏移电压调节器的乐器。补偿电压测量的传感器的数量被调整到一个中央值后模拟到数字(广告)的转换信号接收的偏移电压调节器的乐器。调整是基于以下公式:核心价值广告兑换范围= 3.3 V(模数转换器的电源电压)÷2 = 1.65 V。补偿电压调整需要纠正这个参数差异的个体之间的耳道的形状差异造成的。(波形)测量值的传感器是一种基于偏移电压振幅。只有振幅放大后的信号补偿电压调整由于补偿电压放大器保持固定。放大级别可以通过旋钮放大40倍(可变电阻)测量仪。 The analog signal after amplification was converted to a digital signal by the AD converter with a sampling frequency of 250 Hz and a 10-bit resolution. The converted digital signal was sent by a transmitter (Bluetooth 2.1) to a tablet (ASUS Nexus 7, Bluetooth 3.0). By the aid of an application software that we built, the tablet displayed and recorded the waveforms of values sent from the transmitter, number of chews, and duration of measurement. The software can be installed on an android terminal (e.g., tablets and smartphones) supporting version 5.0 and above. When chewing is detected by this software, the information is displayed on the tablet with concurrent sounds emitted through the speaker to the user. In this software, one chew was deemed to have occurred when the peak-to-peak waveform value exceeded 0.4 V (1.65 ± 0.2 V). We chose this threshold of 0.4 V based on trial and error. Before measuring the number of chews using the earphone-type chewing-count measurement device, the amplification level was adjusted using the knob on the instrument such that the peak-to-peak waveform on the tablet was 0.4 V or more. This adjustment was made while the subjects moved their mouths when empty as if chewing and when eating foods used for testing.
我们开发的软件管理病人信息通过ID号码,从而保护病人的隐私。使用相机嵌入式在安卓终端,这顿饭的图片内容可以采取和记录。此信息可以与咀嚼的测量。chewing-count数据可以通过患者ID、搜索和测量也可以显示在一个图形格式。直观的操作软件和硬件的设计,以及设备可以很容易地处理,没有专业知识。这些函数的chewing-count测量装置可用于病人的营养支持,根据医生的要求执行。
我们进行了实验评估测量精度的精度和召回chewing-count测量装置包括主题部分中描述2。2评估实验部分中概述2。3。
2.2。主题
六个志愿者(男性和女性之间的21和43岁;平均年龄28.2岁)担任主题和单独确认为f .所有受试者健康、没有胃切除术等手术史,从未收到过膳食咨询。对象是那些可以咀嚼没有问题,没有他们的牙齿和下巴疼痛,没有主观疲劳的症状;志愿者进行矫正或医疗被排除在外。此外,耳朵传感器必须符合主题没有太大或小;受试者没有耳朵疼痛或疲劳的症状被选中,而接受治疗被排除在外。
本研究信州大学伦理委员会批准的人类的科学研究。这项研究的一个适当的解释是提前给受试者,和研究同意参与。
2.3。评价实验
受试者参与试验涉及咀嚼两种类型的食物。实验前,受试者选择一个小型或中等earphone-type传感器,安装在左或右耳朵。
嚼口香糖的实验中,受试者被要求不要带食物进嘴等动作或吞咽,只关注嚼口香糖。口香糖协会的一份报告显示,日本,咀嚼的数量为一个3 g根口香糖是大约550。口香糖在日本销售的形式通常是1.5克棒;因此,我们认为,这种类型的口香糖嚼的数量将是一半,3 g或约275。木糖醇Oratect口香糖(乐天百货有限公司、东京、日本)被用在这个实验。之前测量的咀嚼,受试者,在使用earphone-type chewing-count测量设备,1.5 g根口香糖放在嘴里嚼了起来。当时,研究者转动这个旋钮来调整放大级的测量仪器,峰波形显示在平板≥0.4 V。一旦这种调整了,受试者的驱逐和处理口香糖。的实验中,一个新的1.5 g贴嘴嚼的口香糖被300次;在此期间,咀嚼的数量是衡量earphone-type chewing-count测量设备。 Concurrently, the subjects reported the number of chews they made with a manual counter. The researcher also used a manual counter to note the number of times that the chewing-count measurement device indicated chewing, although the subject was not chewing.
吃的实验中,受试者吃10杏仁。我们选用杏仁因为一个杏仁可以一口吃的,因为杏仁做的大小和硬度变化不大和其他食物相比,他们作为size-selected现成产品。杏仁被嚼碎,和他们的硬度变化极大地咀嚼。因此,在这个实验中,可以包括行动,如把食物在口中,咀嚼食物硬到软,和吞咽食物。从便利商店获得新鲜的烤杏仁(7 - 11日本有限公司、日本东京)。初步与课题实验表明,杏仁的数量可以通过嚼吃大约300倍(嚼口香糖一样的数量)是10;因此,10杏仁被用来减少的数量差异嚼嚼口香糖和almond-eating实验。此外,饮食支持指令postgastrectomy病人表示他们应该嚼了一口食物的30倍。因此,当受试者咀嚼一个杏仁30倍,总数咀嚼10杏仁吃一个接一个的300倍。之前测量的咀嚼,受试者,在使用earphone-type chewing-count测量装置,咀嚼一个杏仁。 At that time, the researcher adjusted the amplification level by turning the knob on the measuring instrument such that the peak-to-peak waveform displayed on the tablet was ≥0.4 V. For the experiment, 10 almonds were eaten one by one until fully consumed; during this period, the number of chews was measured by the earphone-type chewing-count measurement device. Concurrently, the subjects reported the number of chews they made with a manual counter. The researcher also used a manual counter to note the number of times that the chewing-count measurement device indicated chewing, although the subject was not chewing.
在所有的实验中,调查是由面试科目。所有的实验,受试者坐在椅子上,用一个表放在他们面前。这个表,包含两根棍子口香糖一盘,第二盘有11个杏仁,测量仪器,一个android平板电脑,和一个手动计数器被放置。
实验前,研究者告知受试者口香糖的原料使用和解释说口香糖含有明胶,过敏原。此外,研究者告知受试者使用的杏仁加工制造工厂,产品,包括鸡蛋、牛奶、小麦、花生、和虾,被处理。此外,通知后,研究者与受试者确认他们没有使用的口香糖或杏仁过敏反应。
在所有的实验中,受试者被要求不要喝水等液体。如果液体摄入在咀嚼测量实验,实验结果无效,reperformed。earphone-type传感器与乙醇是清洁和消毒前后使用的实验。
3所示。结果
我们进行了上述嚼口香糖和almond-eating实验,结果咬的数量取决于chewing-count测量装置(设备)的记录在内存和咀嚼受试者的数量与手动计数器。此外,chewing-count测量设备的次数表示嚼尽管主题不咀嚼被研究者指出使用手动计数器。调查结果进行研究的受试者在接受采访时的格式也收购了。此外,主题的咀嚼状况,波形显示在测量设备,直观地观察和咀嚼的数量,结果被研究人员记录。
表1显示的结果,每个主题当咀嚼一个1.5 g根口香糖300倍。精度p值在表1计算使用(1)的比例,表示“咀嚼的次数是由设备问题时表示嚼”到“咀嚼的次数是由设备表示。“
这里,”真阳性(TP)”表示设备表示咀嚼的次数,当主题实际上是咀嚼,和“假阳性(FP)”表示设备表示咀嚼的次数虽然不咀嚼。换句话说,TP是设备表示咀嚼的次数减去由研究者的次数记录在设备的手动计数器显示咀嚼尽管不咀嚼。FP是研究者的次数记录在设备的手动计数器显示咀嚼尽管不咀嚼。
回忆r值在表1计算使用(2)的比例,表示“该设备的次数实际上表示主题时嚼嚼”到“主体实际上是咀嚼的次数。”
这里,”假阴性(FN)”表示设备失败的次数计算的实际咀嚼和等于这个话题的次数记录在手册反驳说,他/她被咀嚼减去chewing-count测量设备表示咀嚼的次数,增加研究者的次数记录在设备的手动计数器显示咀嚼尽管不咀嚼。
表2显示每个主题的总结结果当10杏仁吃。相同的计算方法用于构建表1被使用。
没有需要reperform任何嚼测量的实验由于摄入液体的科目。此外,所有科目选择一个earphone-type传感器适合正确的耳朵。对象A和B选择体积小,主题C F选择了中等大小。
4所示。讨论
基于表1和2精度是≥0.958,表明earphone-type chewing-count测量装置不正确确定咀嚼只出现几次。此外,基于表1和2,记得要≥0.937,表明嚼完后,设备可以准确计数的数量咀嚼的高概率不是失踪。
基于表1从每个主题,咀嚼的结果进行评估。首先,主题的结果表明精度为1.000;因此,当没有咀嚼,chewing-count测量设备正确地识别,没有出现咀嚼。精度的结果对象B, E是一样的,对于主题a F从主体获得的结果的精度是0.987。在这个例子中,该设备不正确认识嚼口香糖时主题F吞下口水。错误的原因,确定吞咽咀嚼似乎是,测量耳道的形状变化earphone-type传感器波形(峰)在吞咽大F比其他参与者。吞咽其他科目的量化值小于或等于阈值设置使用测量仪,而主题F值超过阈值,导致咀嚼的误认。这些结果从主题F earphone-type传感器获得的,这表明技术可以用来测量吞咽除了咀嚼。吞咽咀嚼通常是连续进行的,但是是断断续续的。在此基础上,我们认为,可以区别于吞咽咀嚼放大传感器的测量波形和波形进行频率分析。 Thus, in the future, we plan to clarify and quantify the relationship between swallowing and changes in the shape of the ear canal and to conduct research on swallowing measurements using the earphone-type sensor.
chewing-count测量设备没有失败即使在受试者一张检测咀嚼,C, E和F,找到的回忆= 1.00表所示1。召回对象B和D值分别为0.937和0.993,分别。从主题B与主题D相比,结果表明大量咀嚼(300)19日无法识别的设备。这19未被发现咀嚼下半年发生连续的实验。在此期间,设备上的波形与咀嚼同步执行的主题B;然而,峰波形的价值低于0.4 V的阈值;因此,该设备并不认识咀嚼。基于postexperiment调查的结果,发现主题B经历疲劳快结束时嚼口香糖300次连续而不休息,发现很难继续施加咬合的力量。因此,我们需要考虑嚼疲劳当使用chewing-count测量设备对胃癌患者的营养支持。结果还表明,该装置可以用来测量咬合的力量; thus, we have started research on this issue [16]。
基于表2从每个主题,吃的结果进行评估。结果为主题B表示精度是1.000;因此,当主题B没有咀嚼,chewing-count测量装置正确识别。精度值分别为0.984,0.958,0.996,0.990,和0.966 F和C,分别。基于postexperiment调查的结果,发现主题使用他/她的舌头移除一块杏仁坚持一颗牙齿,咀嚼和设备已经错误地表示这个动作。这一结果表明,一个earphone-type传感器可能是适用于舌头运动的测量。此外,受试者氟的结果发现,吞咽咀嚼误认为的设备。
chewing-count测量设备没有失败即使在受试者一张检测咀嚼,C,和F,就是明证回忆值在表1.002。回忆值分别为0.974、0.988和0.980 B, D和E,分别。在这些情况下,设备无法检测到咀嚼吞咽的边缘。这可能是由于使用杏仁作为测试食物;因为杏仁被嚼碎,嚼减少,所需的咬合的力量和价值衡量设备吞咽达到阈值的边缘或更低。因此,我们计划建立在上面的咬合的力测量的研究不仅对牙力测量装置的应用,还对设备改进解决减少咀嚼测量的准确性与咬合的力的变化由于下巴疲劳引起的咀嚼,吃,研磨的食物。在这个实验中,放大的信号是通过将实验前的测量仪的旋钮。然而,发现信号幅度变化的程度取决于主体的疲劳;因此,我们需要重新审视如何操作设备时放大级别设置。
我们开发了一个earphone-type chewing-count免提,因为传感器测量装置是穿耳朵。因此,仪器不妨碍视力或者要求电极放置在脸上,就像过去一样,和普通膳食摄入量是可能的。此外,该设备仅由一个earphone-type传感器组成,一个小,轻量级的测量仪(110×75×25毫米,重量115克),和平板电脑终端;因此,它占用很少的空间,吃饭时不是障碍。设备实时显示不仅咀嚼的数量,还附带的耳道运动咀嚼波形在平板电脑终端。由于咀嚼与耳道运动相关的波形可以被认为是一个可视化表示的咀嚼动作(下颌运动)。换句话说,对象可以实时“可视化”他们的咀嚼而吃饭。设备还可以记录和保留在其内存的数量咀嚼和耳道运动与咀嚼的波形;因此,随后的积累和分析测量结果。每个咀嚼发生设备可以发出声音。 Because of the combination of visual display and sound, it is possible to recognize chewing action visually and aurally. This enables a subject to receive feedback on chewing movements aurally even if he/she is visually occupied with another action (e.g., common activities during mealtimes such as watching TV or reading the newspaper). We believe that by visualizing chewing movements and number of chews, postgastrectomy patients can direct their own chewing behavior in real time, resulting in improvement of dietary habits (an increase of the number of chews) and overcoming of postoperative complications.
未来的计划包括改善的准确性earphone-type chewing-count设备,为吞咽和咬合的力量开发同一earphone-type传感器量化(16),并进行进一步的研究在舌头运动的测量。确认设备的实用性,我们计划对postgastrectomy病人部署它。此外,因为痴呆预防和改善咀嚼是可取的饮食支持,设备也将应用于这些领域。
5。结论
援助postgastrectomy患者的复苏,我们开发了一个chewing-count测量设备,提供实时的可视化咀嚼运动和咀嚼病人的数量。这些信息对于病人是必要的自我监控和改善meal-intake行为通过增加咀嚼吞咽之前的数量。
我们开发了一个设备,措施的数量咀嚼使用可穿戴earphone-type传感器和显示平板电脑终端实时信息。设备测试6日健康志愿者嚼口香糖或吃杏仁;结果证实,该仪器可以准确地计算嚼而不丢失任何咀嚼次数并能正确区分行为除了咀嚼。实验结果还表明,earphone-type传感器可以用来衡量吞咽,咬合的力量,和舌头运动除了咀嚼。
chewing-count测量设备要求主题只穿一个earphone-type传感器测量咀嚼,从而不妨碍膳食摄入量和允许“可视化”和监测主题的咀嚼动作在平板电脑屏幕上实时而吃。
未来的计划包括对postgastrectomy病人临床应用的测量装置。在未来,我们将扩大这项研究包括一个更大的样本,特别是包括更广泛的年龄范围的主题。此外,我们希望包括家庭这个设备的使用作为一个潜在的上下文和在真实的场景中进行实验如说话喝酒时吃来检查这些行为如何影响测量准确性和修改设备是必要的。进一步广泛应用的设备,如痴呆预防和饮食的支持,被认为是。earphone-type传感器的测量范围也将扩大量化的吞咽,咬合的力量,和舌头运动除了咀嚼。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
作者要感谢Welltone有限公司,为他们的合作发展earphone-type chewing-count测量设备。Yutaka木博士也表达他们的感激之情,健康科学中心,关西医科大学,提供指导的发展earphone-type chewing-count测量设备。这项研究的部分支持由日本内部事务和通讯、战略信息和通信研发推广计划项目(132308004),和日本内部事务和通讯、创新项目,可佩戴耳环电脑项目。