Development of remote and home-based cardiac rehabilitation system by IoT (internet of things)
| Project/Area Number |
22K11365
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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 59010:Rehabilitation science-related
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
能勢 博 信州大学, 医学部, 特任教授 (40128715)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森川 真悠子 信州大学, 学術研究院医学系, 助教 (10596068)
増木 静江 信州大学, 学術研究院医学系, 教授 (70422699)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | 心臓リハビリテーション / 在宅遠隔型 / インターバル速歩 / 携帯型カロリー計 / 携帯型心電計 / スマホアプリ / IoT / AI / インターバル速歩トレーニング / 在宅・遠隔型個別運動処方システム |
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| Outline of Research at the Start |
近年、慢性心不全患者数は増加し、将来はさらに増加すると予想されているが、現在、彼らを対象に運動処方を実施している医療施設は少ない。我々は、過去15年間で健常高齢者9,700名を対象に「インターバル速歩トレーニング」、「携帯型カロリー計」、「IoTシステム」の３つの特徴からなる遠隔型個別運動処方システムを開発し、5ヶ月間の同トレーニングが、体力を約15％向上し、生活習慣病症状を約20％改善し、年間医療費を約20％抑制することを実証した。そこで、本申請では、このシステムに心電図波形モニター機能を搭載し、慢性心不全患者のための在宅・遠隔型運動リハビリテーションシステムを開発することを目的とした。
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在、市中病院で実施されている心臓リハビリテーションの運動処方は、設備、スタッフなど病院側の原因、病院への患者の送り迎えなど患者側の問題によって十分効果の期待できるプロトコールで実施されていない。一方、我々は、IoTを利用した「インターバル速歩」、「携帯型カロリー計」、「IoTシステム」の3つの特徴からなる遠隔型個別運動処方システムを開発し、10000人以上の中高年者に対して、5か月間の同トレーニングの体力向上・加齢性疾患の予防・治療効果を実証してきた。そこで、本研究では、携帯型カロリー計に心電図モニター機能を搭載することでインターバル速歩中の患者の「安全を確保」し、IoTによる在宅・遠隔型心臓リハビリテーションシステムの開発とその効果の検証を行うことを目的とした。
2022年度に、心電図モニター付き携帯型カロリー計を開発した。2023年度は、その装置を用いて、インターバル速歩の軽度心不全患者に対する症状改善効果を検証した。軽度心不全患者48名を無作為に対照群(CNT群）、インターバル速歩群（IWT群）の２群にわけた。CNT群は従来の自転車エルゴメータを用いた週1回の自転車運動を30分行い、IWT群はそれプラス週2-３回のインターバル速歩の週合計時間が60分以上になるように実施した。その結果、６カ月間の介入後、IWT群では、最高酸素摂取量(VO2peak)が上昇し、安静時血中B型Na利尿ペプチド（BNP）は低下し、安静時左室駆出率（LVEF）は増加したが、CNT群では変わらなかった。そして、それらの変化量について両群間で差を認めた（すべてP<0.01）。さらに、介入後のVO2peakの上昇はインターバル速歩の週合計速歩時間に比例し、それは、BNPの低下、LVEFの増加に比例した(すべて、P<0.05)。以上、インターバル速歩は軽度心不全患者の症状を改善することが示唆された。
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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
2022年度には、コロナ禍のため国際的な半導体不足のために装置の開発が３カ月遅れ、また、現場での心臓リハビリテーションの閉鎖のために、装置の性能チェックと仮説検証のための実験が遅れた。しかし、2023年度には、コロナ禍が収まり、共同研究機関である市中病院の心臓リハビリテーションの外来が再開され、それらの実験が計画通り進行し、当初の研究仮説の検証をほぼ達成できた。一方、当初、同開発機器で記録した心電図波形を市販の解析ソフトで自動診断し、その結果を医療スタッフと患者にフィードバックできる機能開発を計画していたが、そのためのデータフォルマット変更のためのソフト開発費、市販ソフトの購入費が今回の研究予算を超えることが明らかとなり、断念した。また、当初は、現有のインターバル速歩アプリによって、運動量を測定・記録するのと同時に心電図モニターを実施し、それらをスマホに記録することを計画していたが、現有スマホのOSが外付け心電図モニター計との間のデータの送受信を制限しているために断念した。その解決策として、インターバル速歩終了後に、心電図モニター計に記録された心電図波形データをWiFi回線を介してスマホに転送し、それをスマホの回線を介してサーバーに転送し、解析結果をスマホ画面に表示し、医療スタッフ、患者に逐次フィードバックできる装置を作成した。このように、研究はおおむね順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
高齢心不全患者の病因の一つとして、自発運動開始時の心拍数応答不全があげられている。そこで2023年度に得た結果を対象に、インターバル速歩トレーニング前後における自発運動開始時の心拍数応答に焦点を当てて、解析を行う。心臓の心拍数調節は心臓への迷走神経活動と交感神経活動のバランスで決定されるが、自発運動開始時の心拍数上昇の第一の要因は中枢性の迷走神経活動の抑制にあるとされる。すなわち、心不全患者では、心臓という臓器自体の機能不全だけでなく、この中枢性調節の機能不全を呈する可能性がある。そして、インターバル速歩トレーニングは、その中枢性機能も改善する可能性がある。それらの仮説を検証する。
以上、本システムによって、心不全患者において、自発運動開始時の中枢性循環調節機能評価とインターバル速歩によるその改善効果を検証できるようにする。
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Report
(2 results)
Research Products
(20 results)
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[Journal Article] Interval walking training in type 2 diabetes: A pilot study to evaluate the applicability as exercise therapy.2023
Author(s)
Kitajima K, Oiwa A, Miyakoshi T, Hosokawa M, Furihata M, Takahashi M, Masuki S, Nose H, Okubo Y, Sato A, Yamazaki M, Komatsu M.
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Journal Title
PLoS One
Volume: 18
Issue: 5
Pages: e0285762-e0285762
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Effects of Interval Walking Training on Oral Health Status in Middle-Aged and Older Adults: A Case-Control Study2022
Author(s)
Yoshimoto T, Hasegawa Y, Furihata M, Yoshihara A, Shiramizu M, Sta Maria MT, Hori S, Morikawa M, Marito P, Kaneko N, Nohno K, Nose H, Masuki S, Ono T
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Journal Title
Int J Environ Res Public Health
Volume: 19
Issue: 21
Pages: 14465-14465
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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