Development of thermal-physiological model for blood flow by posture change

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K04381
• Research Institution: Tokyo City University
• Principal Investigator: 永野 秀明 東京都市大学, 理工学部, 准教授 (50610044)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 人体温熱生理 / 皮膚温 / 血圧 / 温熱環境 / 建築環境

Outline of Annual Research Achievements

人体が姿勢変化によって生じる血圧変化をモデル化し、人体熱生理モデルに組み込むことで、皮膚温変化を予測可能なモデルを開発した。
前年度（1年目）は被験者実験を行い、姿勢を変化させることで実際に人体の皮膚温が変化することを確認し、その実データを収集した。本年度（2年目）は、引き続き被験者実験を行うとともに、姿勢変化による人体熱生理への影響を数値シミュレーションによって予測可能とすることを目指し、その影響の定式化およびコーディングを行った。まず、比較対象として、「標準姿勢」という独自の概念を導入し、既存の人体熱モデルはすべて標準姿勢によるものであるという前提を置いた。ここで標準姿勢とは椅座位姿勢であるものとした。それを基準として、標準姿勢からの差分としての姿勢変化を考え、心臓より高い位置に部位を掲げた場合には標準姿勢時から血流が減少し、心臓より低い位置に部位を下げた場合には増加するものとしてモデル化した。具体的には、心臓から送り出される血流の動圧と静圧を考え、そこに各部位と心臓との位置関係に応じて作用する重力項を付加した。そのうえで、それによって、従来人体熱モデルに新たに姿勢情報を加味することで、実姿勢に応じた血流変化が計算される。これを血流変化率とし、末端部位では上流部位の血流変化率が伝播したうえで作用するものとした。それを従来の人体熱モデルに反映することで、血流による深部－皮膚層間の熱輸送が変化することによって、皮膚温が変化することをシミュレーションによって再現可能となった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

前年度（1年目）には被験者実験を行い、姿勢変化時の人体の皮膚温変化の実データを収集した。今年度（2年目）には当初から計画していた姿勢変化による重力影響を数値モデルに再現することに取り組み、重力影響を定式化し、モデルとして実装することができた。

Strategy for Future Research Activity

1年目には実験により実データを収集し、2年目には数値モデルを用いて予測可能である手がかりを得たため、3年目では両者の比較から数値モデルによる予測精度向上と、追加実験による妥当性検証を行う。

Causes of Carryover

予定していた被験者実験のうち、被験者の体調不良によって実施できないケースがあり、支払予定であった実験参加に対する謝金が残ってしまった。
次年度（最終3年目）に実施する実験計画に組み込むことで、人件費として支出予定である。