524 / 2021-06-19 10:58:00

基于口咽期吞咽障碍仿生设计的流体食品滑移行为研究

随着人口老龄化程度的加深和各种疾病的多发，吞咽障碍已成为影响患者生活质量的常见疾病。针对吞咽障碍患者，改善食物材质特性并施以相对安全的食物，是解决患者饮食和提高其生活质量的重要辅助手段[1-2]。在口腔吞咽的研究中，分析不同人群吞咽性能的影响因素极其重要。然而，鉴于人体吞咽系统结构与神经系统的复杂性，难以获得吞咽时舌运动特性和食物流动等参数，进而影响功能食品的开发。因此，深入研究吞咽时舌运动特性并构建体外吞咽的仿生装置，开展流体食品吞咽性能的试验研究，将为功能食品开发提供技术支撑。

本文基于人体X光造影吞咽视频，通过自制的GUI软件提取舌运动轨迹，研究舌运动规律，发现舌运动轨迹是由舌根点和舌运动点组成，舌根点运动轨迹类似于椭圆，而舌运动点运动轨迹近似于直线，揭示口腔吞咽舌的作用机制。依据舌的运动特性，选取凸轮-连杆机构及推杆机构设计了基于Arduino控制、步进电机驱动的体外吞咽仿生装置，发现舌根点轨迹可由凸轮-连杆机构实现，而其他舌运动点轨迹可由推杆机构实现，采用Adams软件仿真后机构轨迹与原始舌运动轨迹具有高的相关系数，通过增加连杆及调整推杆机构的斜率和速度能够实现不同吞咽障碍等级群体的舌轨迹[3]。

在体外吞咽仿生装置上开展钡餐溶液的模拟吞咽研究，并与真实吞咽过程进行对比，进而验证仿生装置的有效性。选用常见的流体食品为试验材料，在体外吞咽仿生装置上开展吞咽性能研究，探究其吞咽性能的影响因素。发现在同一吞咽等级下，不同浓度芝麻糊与玉米糊溶液的吞咽压力均存在最小值，故患者可依据自身吞咽等级选取合适的流体食品及冲调浓度，体现了体外吞咽仿生装置的应用前景，进而为功能食品的研发提供技术支撑。