紫外線個人曝露量測定システムの構築および紫外線至適量通知システムの開発

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K19758
• Research Institution: Tokai University
• Principal Investigator: 衛藤 憲人 東海大学, 工学部, 准教授 (60365228)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西脇 祐司 東邦大学, 医学部, 教授 (40237764)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2023-03-31
• Keywords: 紫外線 / ビタミンD / 個人曝露量 / 通知システム / 至適量 / wearable sensor

Outline of Annual Research Achievements

適度な紫外線（以下UV）曝露は，ビタミンD（以下VD）生成に寄与する一方，過度な曝露により皮膚老化・障害等が誘発されることが知られている．しかし適度・過度の線引き量（いわゆる至適量）は未だ不明である．本研究はこのUV至適量推定に資するデバイスの開発およびUV至適量通知システムの構築を目的としている.
これまで，体の任意部位に装着可能な小型のWireless UVセンサ（表面積2cm2程度，厚さ数mm）の開発に注力し，ボランティアの協力のもと，その実用性および妥当性を検討してきた．昨今の半導体不足，新型コロナの感染拡大により，実証実験規模は大幅に縮小した結果ではあるが，実Fieldにて数週間，問題なく動作することが確認できた．
VD生成に関連するUV量を高い妥当性にて測定するには，皮膚露出部位全てにセンサを装着し測定する必要がある．しかし過大なセンサの装着はヒト行動に影響を及ぼし，正確な測定の妨げとなる．この点を鑑み，行動時の各装着部位UV量から部位間の曝露量換算可能性（例. 手腕部 対 顔部等）について検討を行ったところ，高い部位間相関（r=0.95前後）が得られ，同結果により，ヒト行動に影響を及ぼさず，あらゆる部位のUV量の測定（推定）が可能となった．
一方，実証実験の結果，センサ装着率（アドヒアランス）の低さの問題が露呈した．今後，センサ装着の繁雑性を大幅に低減する工夫も合わせて必要であると考えた．
我々は,　現在，同センサを発展させ，Smart Phone等によりUV曝露の過剰・不足をreal-time通知するアプリケーションの開発を行っている．同アプリケーションの実現は，過剰なUV曝露を避けつつ，必要量を摂取（曝露）する一次予防の一助となる可能性を有し，日本人の健康増進に大きな貢献を行うものと考える．

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

本研究は, 任意の部位に装着したWireless UVセンサにて，個人UV曝露量をreal-time計測し, 血中VD量生成に必要なUV至適量をSmart Phoneにて通知するシステムの構築を目標としている．
同目標を達成するにあたり，(1)妥当性の高く繁雑性の低い個人UV曝露量測定手法の開発，(2)装着・データ取得状況を高精度に記録するシステムの検討，(3)通知・警告アプリの構築，の3課題を達成する必要がある．
課題(1)に関し，I2C UVセンサ，無線通信デバイスの使用により，UV測定データをWireless送信・記録することが可能となった．また同システムを少数の協力ボランティアに比較的長期間（2週間程度）連続装着し，実用性・妥当性の検討を行った結果，個人の総UV曝露量を十分な精度にて測定できることが確認できた．一方，デバイスのサイズに関わらず，被験者のセンサ装着率は必ずしも高くないことが明らかとなった（装着率は75%前後）．今後，より繁雑性の低いセンサ装着手法の検討および装着状況を記録するシステムの開発（課題(2)）を行う予定である．具体的にはSmart Phoneを用い，センサ装着を促す機構およびセンサ装着状況を監視・記録するプログラムの開発を行う予定である．
なお現在, センサデバイス設計は完了しているものの，昨今の半導体不足の影響から，実機外注が大きく遅延している．また昨年に引き続き，ボランティア実験も必要デバイス量確保の遅延ならびに感染症対策徹底の必要性等により，小規模実施にとどまっている現状である．そのため，令和3年度研究完了の予定を変更し，次年度への延期申請を行った．現在，新型コロナ感染拡大状況を見極め，課題(2)を引き続き進めつつ，引き続きソフトウェア課題（課題(3): 通知・警告システム開発）を進めている．

Strategy for Future Research Activity

研究の最大の目標であるヒトUV曝露量の至適量通知システム実現に向け，昨年に引き続き，大きく3つの課題が存在する．1つ目はこれまで開発・設計してきたプロトタイプの実機製作・実証実験である．実証には100個程度の外注製作が必要であるが，新型コロナの感染状況および半導体不足により大きく遅延している．極力早い時期に発注・実機製作を行い，実証実験に移行したいと考える（ハードウェア課題）．2つ目は比較的大人数のボランティア実験である．個人の行動を基にした測定であることから，感染症対策を徹底することで比較的実施は容易であると考えるが，昨年同様デバイスの完成時期に大きく左右される不確実性が存在する．3つ目はUV至適量通知システムのソフトウェア開発であり，これまで得られた研究成果を基に，Smart Phone上にreal-timeでUV至適量を通知するシステムを目指している（ソフトウェア課題）．ソフトウェア課題はハードウェア課題と異なり研究室内で実現できることから優先的に進行する予定である．

Causes of Carryover

センサデバイス設計は完了しているものの，昨今の半導体不足の影響から，実機外注が大きく遅延している．半導体供給状況を見極めつつ，今期発注を行う予定であるが，更に遅延する可能性が高い場合は，シミュレーションを目的とした機材（PC・ソフトウェア等）に代替する可能性がある．