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2016 Fiscal Year Research-status Report

電気インピーダンス法を用いた骨格筋緊張度の定量的な評価方法の開発

Research Project

Project/Area Number 16K12928
Research InstitutionKanazawa University

Principal Investigator

関根 克尚  金沢大学, 保健学系, 准教授 (10163106)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords骨格筋 / インピーダンス / アドミタンス / シミュレーション
Outline of Annual Research Achievements

本研究の特徴は、骨格筋の電気インピーダンス・アドミタンスのシミュレーションを行い、その結果に基づいて適切な計測プローブの設計や計測結果解析法の開発を行うことである。骨格筋は、(1)細長い細胞が束になっている、(2)細胞膜が陥入して形成され、細胞長軸と垂直な面に拡がる細管の網(T管系)を持つ、という組織学的な特徴を持っている。これらは骨格筋の電気インピーダンス・アドミタンスに重大な影響を与えると考えられており、本研究ではこれらの組織学的特徴を反映させたモデルを用いた差分法計算によってシミュレーションを進めている。
これまで報告された実験例では、電極幅、電極間隔がともに数mmから数cmのプローブを用いて計測が行われている。よって、シミュレーションでは一辺が数cmの直方体の領域を含むモデルを用いる必要がある。個々の細胞・T管系を細分化して要素を構築するという従来のシミュレーション技法では、必要とされる大きさのモデルに含まれる要素数は膨大となり、シミュレーションの実行は不可能である。この困難を回避するため、以下の2種類の新規な計算技法を開発した:(1)複数の骨格筋細胞からなる束を1つの等価要素で表す技法。(2)T管系の影響を平滑な仮想的細胞膜の等価複素伝導率で表す技法。さらに、個々の細胞、個々のT管系を実際に3次元のモデル内に構築して実行した計算結果と、等価要素、等価複素伝導率を用いて実行した計算結果を比較し、これら技法の妥当性を検証した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

実際の計測を模したシミュレーションを実行するために必要な2種類の新規な計算技法を開発することができた。

Strategy for Future Research Activity

2種類の新規な計算技法を組み合わせて、実際の計測と対応するシミュレーションを系統的・網羅的に行い、計測プローブの設計・計測結果解析法の開発を進める。並行して、生体電気インピーダンス計測装置を購入し、これを用いて骨格筋模型の計測を行い、計測プローブの設計・計測結果解析法の検証を進める。

Causes of Carryover

当初、平成28年度に生体インピーダンス計測装置を購入して骨格筋組織模型の計測を開始する計画であったが、新規計算技法開発のため計測装置購入と模型の計測ができなかった。

Expenditure Plan for Carryover Budget

生体計測が許可された四端子生体インピーダンス計測装置の購入費用、骨格筋組織模型材料の購入費用に充てる。

  • Research Products

    (3 results)

All 2016

All Journal Article (1 results) (of which Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] 骨格筋交流電気インピーダンス・アドミタンス計算のための新規な差分法計算法2016

    • Author(s)
      平川博将.中村晃平,野村智弘,中島一樹,淺井仁,山崎俊明,宮地利明,古荘浩司,関根克尚
    • Journal Title

      電子情報通信学会技術研究報告

      Volume: 116 Pages: 25-28

    • Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Finite-Difference-Method Calculations of Bio-Impedance of Skeletal Muscles Using Equivalent Elements Representing Bundles of Muscle Cells2016

    • Author(s)
      H. Hirakawa, K. Sekine
    • Organizer
      u-Healthcare 2016
    • Place of Presentation
      Aizu-Wakamatsu, Japan
    • Year and Date
      2016-10-29 – 2016-10-30
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 骨格筋交流電気インピーダンス・アドミタンス計算のための新規な差分法計算法2016

    • Author(s)
      平川博将.中村晃平,野村智弘,中島一樹,淺井仁,山崎俊明,宮地利明,古荘浩司,関根克尚
    • Organizer
      MEとバイオサイバネティックス研究会
    • Place of Presentation
      新潟大学駅南キャンパス(新潟県新潟市)
    • Year and Date
      2016-09-24 – 2016-09-24

URL: 

Published: 2018-01-16  

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