Development of thermal-physiological model for blood flow by posture change
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21K04381
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 23020:Architectural environment and building equipment-related
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| Research Institution | Tokyo City University |
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Principal Investigator |
永野 秀明 東京都市大学, 理工学部, 准教授 (50610044)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
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| Keywords | 人体温熱生理 / 皮膚温 / 血圧 / 温熱環境 / 建築環境 / 温熱快適性 / 血流 / 姿勢 / 重力 / 人体熱モデル / 被験者実験 / 人体熱生理モデル |
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| Outline of Research at the Start |
人体は周囲環境の「暑さ」「寒さ」に適応して血流量を変化させ、快適になろうとする軸見を持つ。そのような温熱生理的なメカニズムの一方で、その血流が姿勢によって変化してしまった場合、それによって「暑さ」「寒さ」の感覚も変化してしまうだろう。特に、長時間椅子に座るような事務作業時や、仰向けになる寝たきりのような状況下では、その影響が顕著になるだろう。そこで本研究では、血流量を計測することで、姿勢と血流量の関係を明らかにし、そのときの温熱快適性への影響を明らかにする。それらを再現する数理モデルを開発し、様々な姿勢のときの温熱快適性を評価し、ひいては建物や空調の設計時に役立てることを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
人体が姿勢変化によって生じる血圧変化をモデル化し、人体熱生理モデルに組み込むことで、皮膚温変化を予測可能なモデルを開発した。
前年度（1年目）は被験者実験を行い、姿勢を変化させることで実際に人体の皮膚温が変化することを確認し、その実データを収集した。本年度（2年目）は、引き続き被験者実験を行うとともに、姿勢変化による人体熱生理への影響を数値シミュレーションによって予測可能とすることを目指し、その影響の定式化およびコーディングを行った。まず、比較対象として、「標準姿勢」という独自の概念を導入し、既存の人体熱モデルはすべて標準姿勢によるものであるという前提を置いた。ここで標準姿勢とは椅座位姿勢であるものとした。それを基準として、標準姿勢からの差分としての姿勢変化を考え、心臓より高い位置に部位を掲げた場合には標準姿勢時から血流が減少し、心臓より低い位置に部位を下げた場合には増加するものとしてモデル化した。具体的には、心臓から送り出される血流の動圧と静圧を考え、そこに各部位と心臓との位置関係に応じて作用する重力項を付加した。そのうえで、それによって、従来人体熱モデルに新たに姿勢情報を加味することで、実姿勢に応じた血流変化が計算される。これを血流変化率とし、末端部位では上流部位の血流変化率が伝播したうえで作用するものとした。それを従来の人体熱モデルに反映することで、血流による深部－皮膚層間の熱輸送が変化することによって、皮膚温が変化することをシミュレーションによって再現可能となった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
前年度（1年目）には被験者実験を行い、姿勢変化時の人体の皮膚温変化の実データを収集した。今年度（2年目）には当初から計画していた姿勢変化による重力影響を数値モデルに再現することに取り組み、重力影響を定式化し、モデルとして実装することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
1年目には実験により実データを収集し、2年目には数値モデルを用いて予測可能である手がかりを得たため、3年目では両者の比較から数値モデルによる予測精度向上と、追加実験による妥当性検証を行う。
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Report
(2 results)
Research Products
(2 results)
