2022 Fiscal Year Research-status Report
無線メッシュネットワークによる服薬モニタリングシステムの開発
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21K12799
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| Research Institution | Tohoku Medical and Pharmaceutical University |
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Principal Investigator |
星 憲司 東北医科薬科大学, 薬学部, 講師 (20405913)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 服薬アドヒアランス / LPWA / LoRa / IoT |
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| Outline of Annual Research Achievements |
医薬品がその効果を十分に発現するためには、患者が処方を理解して正しく服用すること、すなわち服薬アドヒアランスの改善が重要である。処方薬の服用ミスは、治療の妨げとなり、疾患の種類によっては致命的な状況をもたらす。例えば抗結核薬の飲み忘れが耐性菌の発生を招くケースや、臓器移植を受けた患者が免疫抑制薬を飲み忘れたために拒絶反応を引き起こすケースがあり、従来から大きな問題となっている。
そこで研究代表者らは、小型の無線装置を利用して、在宅で治療を受ける患者の服薬状況をリアルタイムでモニタリングするシステムを開発した。本研究は、従来のシステムよりも長距離の通信が可能な無線通信技術 LPWA(Low Power, Wide Area) を活用して、実用的な服薬モニタリングシステムの実現を目指すものである。
2022年度は前年度に引き続き、医薬品パッケージに搭載する無線モジュールに、LPWA の規格の一つである LoRa (Long Range) を利用して、通信距離と精度を測定する実験を行った。障害物の少ない郊外の環境と、住宅が密集した市街地、高層の建物内のそれぞれの環境で電界強度の測定を行い、測定結果をIDW (Inverse Distance Weighting) 法で可視化して障害物の影響を評価した。
また、システムを患者が自由に携帯できるようにするため、各種の小型電池について、長期間の電圧の変化を測定する実験を行い、適切な電源回路の選定を実施した。安全性と入手性の観点から、各種の容量のアルカリ電池、酸化銀電池、リチウム一次電池を選定して、服薬モニタリングシステムに使用する回路を負荷とした長期間の運用実験を行い、電圧の変化を測定して、実際に稼働可能な時間を推定した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
前年度の研究から、LoRa による通信は通常の屋内環境に存在するガラスや扉などの小規模な障害物にも影響を受けることが明らかになった。そこで、本年度は障害物の影響を評価するため、遮蔽物の少ない郊外の環境と、住宅が密集した市街地、高層の建物内のそれぞれの環境で、電界強度の測定を行った。また、IDW 法によって測定結果の可視化を行い、各種の障害物が通信に与える影響を確認した。
これらの測定結果から、障害物が存在する場合にも通信経路を維持するため (1)時間の経過によって、送信者と受信者の位置関係や障害物の位置、電波の到達状況が変わることを想定し、通信できない場合は通信内容を保持して適切な時間の経過後に再送信する方法 (2)通信を中継可能な位置にあるモジュールが情報を一旦受信して蓄積し、再送信する方法 (3)移動体に通信を中継するモジュールを搭載して、定期的に巡回させる方法の3点について実装を行う計画であった。しかし、新型コロナウイルスの感染対策の制約のため、屋内の通信環境については上記の手法を実装するための十分な調査ができず、実装には至らなかった。
そこで、実験室内での実験のみで完結できる、電源回路の検討を優先して行った。本服薬モニタリングシステムの電子回路は、通常はスリープ状態を維持しているためほとんど電流を消費しないが、開封のチェックと通信を行うタイミングでのみ、マイクロコントローラが起動してパルス状の電流を消費する。その瞬間の電位降下の特徴を、各種の電池で測定し、適切な電源方式を選ぶ必要がある。今年度は複数の電源回路の瞬間的な電位降下を並列で測定する装置を作成して、約1か月間の電位変化を記録し、電源回路を作成した。
後者の電源回路の作成については進捗があったが、前者の通信手法の実装が完成していないため、研究は計画よりやや遅れていると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度の本年度は、通信インフラが整っていない環境で利用できる服薬モニタリングシステムを実現するため、以下の問題点を解決する。
前年度実施できなかった、屋内の通信環境を調査するための電波強度の測定実験を行い、医薬品のパッケージに搭載した LoRa(Long Range) モジュールのファームウェアを改良して、通信の中継と再送機能を実装する。通信を正しく中継するためには、送信側と受信側の双方が正確なタイミングで起動して通信する必要があるため、回路にタイマモジュールを追加して、同期して動作する機能を付加する。また、改良にあたっては、前年度に行った電源の電位降下の実験結果をに基づいて、消費電力を最適化する。
以上の結果を利用して、研究計画に示した無線メッシュネットワークによる服薬モニタリングシステムを作成し、評価を行う。
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| Causes of Carryover |
今年度は、医薬品のパッケージに搭載した LoRa モジュールのファームウェアを改良して、通信の中継と再送機能を実装する予定であったが、新型コロナウイルスの感染対策の影響で、必要な屋内での通信環境についての十分な調査ができなかった。そのため、電源回路の検討を優先して行った。通信環境の調査に必要なシグナルアナライザ等の装置と、ファームウェアの改良に必要な開発環境の購入を行なわなかったため、次年度使用額が生じた。
次年度は、上記の機器を購入して、今年度実施できなかった通信環境の調査を行い、また開発環境を購入してファームウェアを改良する。併せて、研究計画に示した無線メッシュネットワークによる服薬モニタリングシステムの材料を購入して、システムを構築し、評価を行う計画である。
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