2019 Fiscal Year Annual Research Report
局所血流障害の即時検出を可能にする生体密着フィルム型イメージャーの開発
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18H03511
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
関野 正樹 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (20401036)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
横田 知之 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (30723481)
富岡 容子 (桂木容子) 東京大学, 医学部附属病院, 助教 (20610372)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 生体計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
乳癌を切除した後、術後の生活の質を高めるために、組織移植によって乳房を再建する例が増えている。移植された組織では、 術後一週間にわたり血栓が生じるリスクが高くなるため、血流障害を即時検出する機器が求められている。本研究では、生体の曲面に貼り付けられるフィルム状イメージャーを試作し，体の表面に貼り付けて血流状態を観察できることを示すことを目的としている。
１．センサデバイスの開発
フレキシブル基板に光センサをアレイ状に実装して，イメージャーを構成した．試作したイメージャーについて，感度やノイズ等の評価を実施した．制御回路においては，動作させるセンサの切り替えと，センサ出力の読み出しを行っており，これらの機能を実現する回路を設計・制作した。脈波の測定に必要なダイナミックレンジと時間分解能を有することを確認した。駆動回路は、持ち運び可能な程度まで小型化されたものを試作した。また，正常な血流と血流障害とを判別するアルゴリズムについても設計し，プログラミングを完了した。
２．健常者を対象とした脈拍の測定
健常者に擬似的に血流障害を起こした際の脈拍を測定した。健常者の手背にセンサを貼付し、医療用テープにより上から固定した。拍動に伴う生体組織内の後方散乱光の光量の変化を、センサによって検出した。そして静脈及び動脈を止血帯で止血または圧迫することにより、擬似的に鬱血と虚血を再現した。止血や圧迫の間に脈拍が減少し、止血や圧迫を止めると脈拍が元の大きさまで回復することが確認された。また、臨床での使用を想定して1週間連続したモニタリング試験も行い、擬陽性判定が十分に小さいことを確認した．
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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
2019年度は，フレキシブル基板に光センサを配置することによってイメージャーを試作した。イメージャーは，4点の光センサのリニアアレイを単位としており，それを並べることによって面的な計測を可能にしている．光センサの出力を駆動回路で受け，取得されたデータを携帯型端末へ無線で転送して蓄積する機構になっている．このセンサと回路について，試作機が設計通りに動作することが確認され，感度の評価も計画通りに実施できた．アルゴリズムについては，周波数1Hz付近の脈波に相当する信号成分を抽出して，その成分の大きさをもとに血流の正常と異常を判別する仕組みを確立し，携帯端末上でプログラムが動作することを確認でした．
また，健常者を対象とした評価においても，正常な状態と，圧迫により血流異常を模擬した状態について，血流の信号を取得することができた．開発したアルゴリズムを用いて解析を行ったところ，全例で，正常と異常を正しく判定することができた．以上のように，機器の開発と評価を，順調に進めることができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
１．センサデバイスの開発
今後は，臨床研究への応用へ向けてデバイスの開発を進める．防水性と生体適合性を確保するため，センサ表面にパリレンをコートする．センサや回路に故障や誤動作が生じた際に安全性が損なわれないよう，電流制限回路なども実装する．また，駆動回路をBluetoothによってタブレット端末へ接続し，測定された信号の記録や解析をできるようにする．アルゴリズムについても，判定の精度のさらなる向上を目指して，ニューラルネットワークを用いたアルゴリズムの開発に取り組む．
２．健常者を対象とした脈拍の測定
上記のデバイスとアルゴリズムの性能を評価するために，健常者に擬似的に血流障害を起こした際の脈拍の測定を行う．また1週間の連続装着を行い，装着者の体動が信号に与える影響や，通信状況の影響によるデータ欠損の有無などを評価する．
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