睡眠時無呼吸の前兆予測を目的とした３次元いびき生成モデルの構築と音響解析

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K12227
• Research Institution: Tomakomai National College of Technology
• Principal Investigator: 三上 剛 苫小牧工業高等専門学校, 創造工学科, 教授 (40321369)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 弘毅 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (40419693) ; 中村 嘉彦 苫小牧工業高等専門学校, 創造工学科, 准教授 (60402476)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: いびき / 生体信号 / 睡眠時無呼吸 / 3Dプリンタ

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，睡眠時無呼吸症候群（SAS）の代表的な症状である「いびき」に着目し，いびきの音響特性から無呼吸の前兆を予測する工学的手法の構築を目的とする．いびきは同一人物であっても一晩の間でいびきは多様に変化し，無呼吸の前兆を示すようないびきの音響特性は未だ十分に明らかになっていない．本研究では，上気道の立体模型を３次元プリンタにより構築し，いびきを発生させる音響実験を様々な生理条件を模擬した環境下で行い，無呼吸の前兆を示す上気道の狭小化といびきの音響特徴との関連性を明らかにする．

今年度は初年度であるため上気道モデルを構築した．舌部はNICTの数値人体データベースを使用し，3次元プリンタを用いて構築した．さらにその舌部をシリコンで型取りし，軟質ポリウレタン樹脂を流し込んで造形した．これにより，人体と同程度の柔らかさを有する舌のモデルを構築した．気道部は今回は単純に円筒菅としてABS樹脂を用いてプリントアウトした．吸気は大型シリンダを用いて擬似的に発生させ，その時の舌部の動的挙動について検証した．また，舌部と気道との位置関係は，気道を狭くした場合，広くした場合，その中間の場合，また舌を斜めに傾けた場合の4通りについて実験を行った．

その結果，気道が中間以上の広さがある場合は吸気による気道閉塞は見られず，最も狭くした場合は舌部がベルヌーイ効果により気道を閉塞する様子が明瞭に確認された．舌を斜めに傾けた場合は気道の閉塞は見られなかった．また，実験では舌をどのような位置関係に設定しても，舌部付近を音源とするいびき音が発生することはなかった．

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初の予定どおり上気道モデル構築を行い，構築に関する技術的ノウハウは得た．今後，同様の手法で実寸大の上気道モデルを構築し，振動センサの埋め込みおよびその計測を行い無呼吸の発生機序といびきの発生について検証していく．

Strategy for Future Research Activity

今後，舌の位置関係についてもう少し細かく条件を設定し，それぞれの場合においてどのような無呼吸が発生するのか明らかにする．また，その際にどのようないびきが発生するのかという点について無呼吸の発生機序との関連性を明らかにする．

Causes of Carryover

当初，研究成果を年度末の国際会議等で発表する予定であり，その分の旅費として考慮していたが間に合わなかった．次年度，研究成果公表のための資金として使用する予定である．