2021 Fiscal Year Research-status Report

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

Research Project

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)	高橋弘毅東京都市大学, その他部局等, 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 – 2023-03-31
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. 今年度は昨年度に引き続き上気道モデルを構築した.今年は医療用の口腔・鼻腔部の人体模型を購入し，3Dスキャナーで形状を取得し，より精緻なモデルの製作をおこなった．舌部に相当する箇所を軟質ウレタン樹脂で造形したが，予想よりベタつきが大きく硬度調整が難しいことが判明した．市販されている軟質ウレタン樹脂を何種類か用いて試作し，ベタつきを抑えるためのパウダーを用いることで，一時的に改善された．昨年度に比べ，軟組織の材質をより硬度の低いものにし，いびきの発生を促すように構築した．しかし，結果としていびきに相当する舌部の振動は発生しなかった．舌部の材質に加え形態的な性質を考慮し，さらに軟口蓋の影響による通気量のバランスなど，さまざまな複合要因によりいびきが発生する．そのため，いびき発生のための形態的条件，力学的条件を求めるのは人体の精緻モデルであってもなかなか難しいものと判断する．上気道と鼻腔部における簡易的なモデルも同時に構築したが，本質的ないびき発生のための条件はまだ得られていない．期間延長を行ったので，最終年度では出来るだけ簡易なモデルでいびき発生メカニズムを説明できるようにし，上気道閉塞（無呼吸）との関連性について検証する．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 当初の予想より3Dモデルによるいびきの生成がうまく実現出来ない状況にある．これまでの研究を通して明らかになったことは，上気道付近の軟組織の形態的特徴だけでなく，それに影響を受けた通気に関する流体力学的特徴と間に，いびきの発生に関する複合的な条件が存在する可能性が高いことである．当初は軟組織の形態的特徴のみ考慮していたが，それだけではいびきが発生する条件として十分ではないと考えられる．このような複雑なメカニズムを明らかにするには，本研究で行った人体の精緻モデルを用いるのではなく，いびきを生成するエッセンシャルな構造のみで構成された単純化された上気道モデルが先ず必要ではないかという結論に達した．また，この件に関して研究協力者に意見を求めようと考えていたが，新型コロナウィルス感染症がまだ終息しておらず，その対応により十分な協力を得ることが難しい状況下にあった.
Strategy for Future Research Activity	舌部の材質に加え形態的な性質を考慮し，さらにそこを通気する際の流体力学的特性など，さまざまな複合要因によりいびきが発生する．そのため，いびき発生のための形態的条件，力学的条件を求めるのは人体の精緻モデルであってもなかなか難しいものと判断する．上気道と鼻腔部における簡易的なモデルも同時に構築したが，本質的ないびき発生のための条件はまだ得られていない．期間延長を行ったので，最終年度では出来るだけ簡易なモデルでいびき発生メカニズムを説明できるようにし，上気道閉塞（無呼吸）との関連性について検証する．