摘 要

吞咽困难是老年人面临的一个重要问题，因为它引起称之为第二大死亡原因的吸入性肺炎。它还会导致日常生活质量下降。尽管我们都知道吞咽困难的重要性，但现在仍然吞咽的口腔阶段已被忽视，因为没有足够的协议和测量设备可利用。然而，目前传感器技术的进步使得无创测量相关的吞咽运动的重要器官，如嘴唇，舌头以及喉咙的运动变的更简单。在本次设计研究中，我研究了目前的味觉传感器状态和临床医学应用的可能性，以及其系统的研究设计。

有一个新的拱形的舌头驱动系统（ITDS）设计占据用户的口颊棚。这个新的拱形的电子舌，可能被称为（ITDS 2），包括一个片上系统（SOC），放大和数字化的原始磁场传感器的数据并将其发送无线传输到外部TDS通用接口（tds-ui）通过电感线圈或平面倒F天线。一个内置的发射机（TX）根据无线链路质量采用了双波段收音机在27 MHz和432 MHz波段操作。如果链路质量低于预定的阈值，一个内置的超再生接收机（SR RX）监测无线链路质量和开关带。伴随超低功耗FPGA产生数据包的TX和处理数字控制功能。本设计中的tds-ui从itds-2接收原磁传感器的数据，确认预定的用户命令的传感器信号处理（SSP）算法在智能手机上运行，并提供分类命令到目标设备，如个人电脑或电动轮椅。我们评估了itds-2原型使用中心和迷宫导航任务的两人，这证明了它的功能。受试者的表现与itds-2比其前身提高22%。

关键词：电子舌；味觉信号传感器；舌头驱动系统

Abstract

Dysphagia (difficulty in swallowing) is an important issue in the elderly because it causes aspiration pneumonia, which is the second largest cause of death in this group. It also causes decline in activities of daily living and quality of life. The oral phase of swallowing has been neglected, despite its importance in the evaluation of dysphagia, because adequate protocols and measuring devices are unavailable. However, recent advances in sensor technology have enabled straightforward, non-invasive measurement of the movement of important swallowing-related organs such as the lips and tongue, as well as the larynx. In this article, we report the present state and possibility of clinical application of such systems developed.

There is a new arch-shaped intraoral Tongue Drive System (iTDS) designed to occupy the buccal shelf in the user’s mouth. The new arch-shaped iTDS, which will be referred to as the iTDS-2, incorporates a system-on-a-chip (SoC) that amplifies and digitizes the raw magnetic sensor data and sends it wirelessly to an external TDS universal interface (TDS-UI) via an inductive coil or a planar inverted-F antenna. A built-in transmitter (Tx) employs a dual-band radio that operates at either 27 MHz or 432 MHz band, according to the wireless link quality. A built-in super regenerative receiver (SR-Rx) monitors the wireless link quality and switches the band if the link quality is below a predetermined threshold. An accompanying ultralow power FPGA generates data packets for the Tx and handles digital control functions. The custom-designed TDS-UI receives raw magnetic sensor data from the iTDS-2, recognizes the intended user commands by the sensor signal processing (SSP) algorithm running in a smartphone, and delivers the classified commands to the target devices, such as a personal computer or a powered wheelchair. We evaluated the iTDS-2 prototype using center-out and maze navigation tasks on two human subjects, which proved its functionality. The subjects’ performance with the iTDS-2 was improved by 22% over its predecessor, reported in our earlier publication.

Keywords: electronic tongue，taste sensor，ITDS.

目 录

第1章 绪论 1

1.1介绍吞咽困难 1

1.2吞咽相关器官生物力学评价的概述 1

第2章吞咽功能的研究进展 3

2.1唇动 3

2.1.1唇吞咽运动 3

2.1.2评估唇闭力 3

2.1.3新设备：用于测量多方向唇闭力系统 3

2.2舌运动传感 5

2.2.1舌吞咽运动 5

2.2.2传感探头 5

2.2.3人工味觉传感器 5

2.2.4传感器片 6

2.3 喉运动传感 8

2.3.1吞咽动作 8

2.3.2从皮肤表面运动检测 8

2.3.3阻抗测量 9

2.3.4矢状面颈部轮廓测量 9

2.4结论 10

第3章 舌头驱动系统具有内置的舌头计算机 12

3.1 概述 12

3.2设计与实现 13

3.2.1片上系统设计 13

3.2.2 双波段收音机 14

3.2.3天线的设计 15

3.3测量结果的系统评价 16

参考文献 18

第1章 绪论

1.1介绍吞咽困难

吞咽困难，在过去20年，第二十个世纪中，成为全世界中老年人的一种疾病，而且已经成为一个全世界越来越关注的问题。因为人类一旦到了中年年龄以后的生活中就会出现各种疾病，如脑血管运动障碍疾病或神经系统疾病引起的吞咽困难等，像类似的老年患者的数量也是一直在增长，因此促进医学研究、牙科和工程领域。最近美国的发病率估计为15 - 40%，一般年龄在60岁或以上，约6200000人。吞咽困难，不仅住院时间漫长，医疗费用昂贵，而且还导致营养不良和生活质量下降，延长患者的康复时间，最终增加治疗时间，社会负担和个人经济负担。吞咽是一系列的过程，涉及一系列的器官。首先，一口食物送进嘴里，通过嘴唇和下颌加工咀嚼变成一个丸易便吞咽；吞咽反射发生后，将丸送到喉咙再到食管蠕动波，在最后把它从食道送到胃。各个器官的运动在一定的协调方式下进行，在神经肌肉机制的控制下进行。如果这种协调的运动被破坏，可能发生在口咽丸残留，或早期浸润，最终会导致危及生命的吸入性肺炎。

到目前为止，吞咽障碍已与吞咽摄影（VF）来诊断。VF可视器官的运动和定位以及食物丸吞咽的整个过程中，但无法定量评估每个运动在生物力学的影响。由于这个需要专业技术和大型设备，因此检查也受到限制。还有因为辐射暴露可能产生不利影响，因此不允许经常检查。在这些情况下，目前最重要的问题，在治疗和吞咽困难的康复，是一种非侵入性的定量的方法来评估运动相关的器官。