噛む力を推定するためのウェアラブルセンサの比較

Comparison of wearable sensors for estimation of chewing strength.

抄録

本論文では，硬さの異なる食品（ニンジンは硬い食品，リンゴは中程度の食品，バナナは柔らかい食品）を食べているときの噛む力の違いを検出するためのウェアラブルセンサを紹介する．4つのウェアラブルセンサシステムを評価した。それらは(1）咀嚼時の外耳道の変形に比例した耳圧の変化を測定するガス圧センサー，（2）眼鏡の右テンプルに装着して側頭筋の収縮を測定するフレキシブルな湾曲センサー，（3）側頭筋に装着する圧電歪みセンサー，（4）側頭筋に電極を装着する筋電センサーの4つのウェアラブルセンサーシステムを評価した。4つのセンサーを同時に装着した15人の被験者のデータを収集しました。各被験者は、ニンジン、リンゴ、バナナを10口ずつ摂取しました。食品の硬さはフードペネトロメーターで測定した。単因子ANOVAでは，4つのセンサの信号の標準偏差に食品の硬さが有意に影響することがわかった（P値＜0.001）．有意水準5%のTukeyの多重比較試験では，4つのセンサすべてについて，提供されたテスト食品の標準偏差の平均値が有意に異なることが確認された．本研究の結果から，ウェアラブルセンサは，噛む力の測定や食品の硬さの評価に使用できる可能性があることが示された。

This paper presents wearable sensors for detecting differences in chewing strength while eating foods with different hardness (carrot as a hard, apple as moderate and banana as soft food). Four wearable sensor systems were evaluated. They were: (1) a gas pressure sensor measuring changes in ear pressure proportional to ear canal deformation during chewing, (2) a flexible, curved bend sensor attached to right temple of eyeglass measuring the contraction of the temporalis muscle, (3) a piezoelectric strain sensor placed on the temporalis muscle, and (4) an electromyography sensor with electrodes placed on the temporalis muscle. Data from 15 participants, wearing all four sensors at once were collected. Each participant took and consumed 10 bites of carrot, apple, and banana. The hardness of foods were measured by a food penetrometer. Single-factor ANOVA found a significant effect of food hardness on the standard deviation of signals for all four sensors (P-value < .001). Tukey's multiple comparison test with 5% significance level confirmed that the mean of the standard deviations were significantly different for the provided test foods for all four sensors. Results of this study indicate that the wearable sensors may potentially be used for measuring chewing strength and assessing the food hardness.