2012 Fiscal Year Research-status Report
ゲーム機用センサを使った循環制御系の役割分担仮説の検証と健康度モニタリング
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24650415
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
吉澤 誠 東北大学, サイバーサイエンスセンター, 教授 (60166931)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 血圧反射機能 / 循環制御系 / 脈波伝搬時間 / 光電容積脈波 / ρmax / 相互相関係数 / コヒーレンス関数 / 伝達関数 |
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| Research Abstract |
Mayer波帯域における血圧-心拍数間の線形相関性は，安静時に強く，映像刺激入力や姿勢変動の際に弱くなる．この現象は，「安静時には主として心拍数調節が行われ，環境変化時には心拍数調節ばかりでなく血管抵抗調節が行われる」という仮説（心拍数調節と血管抵抗調節の役割分担仮説）で説明できる可能性がある．本研究では，この仮説を検証するとともに，この仮説に基づいてゲーム用脈波センサを利用した日常的に使用できる血圧反射機能推定システムの開発を目的とした．
本年度では，血圧反射機能の基本的な特徴を明らかにするため，血圧反射機能を司る循環制御系の特徴を表わす指標のうち，入出力間の伝達関数やコヒーレンス関数を解析した．実験では，バイオフィードバックに応用しやすい呼吸統制を健康な被験者72名に課し，このときの脈波伝搬時間(PTT)と心拍数(HR)の間の動特性を定量化することにより，自律神経機能の評価が可能かどうかを検討した．すなわち，それぞれの変数のLF成分・HF成分・LF/HF，および2変数間の相互相関係数の最大値ρmax・コヒーレンス関数γ2・伝達関数のゲイン|G(jω)|を求めた結果，次のことが分かった．1)10秒周期呼吸時のρmaxが極端に低い者は，自律神経系の働きに問題がある可能性がある．2)10秒周期呼吸時のHRのLF成分は加齢により低下する．3)安静時の|G(jω)|のLF成分の大きさに基づいて，10秒周期呼吸を実施しなくても自律神経機能の性能が推定できる可能性がある．
今後は，上記の性質に基づいたバイオフィードバック，例えば効率的に血圧の低下やストレスの低減を導くような呼吸統制訓練などの具体的な方法の構築をすべきと思われる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度では，血圧反射機能の基本的な特徴を明らかにするため，血圧反射機能を司る循環制御系の特徴を表わす指標のうち，入出力間の伝達関数やコヒーレンス関数を解析した．実験では，循環制御系の特徴が現れやすく，バイオフィードバックに応用しやすい呼吸統制を課した結果，脈波伝搬時間と心拍数の間の動特性を表わす指標のいくつかが，循環制御系を支配する自律神経機能の特徴をよく反映することが明らかとなり，自律神経機能評価を家庭でも手軽に実施できる可能性が示されたから．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成24年度では，脈波伝搬時間と心拍数の間の動特性を表わす指標のいくつかが，循環制御系を支配する自律神経機能の特徴をよく反映することが明らかとなり，自律神経機能評価を家庭でも手軽に実施できる可能性が示された．しかし，脈波伝搬時間の計測には脈波信号のほかに依然として心電図信号の計測も必要である．そこで今後は，ゲーム機用センサだけでも計測可能な光電容積脈波のみで計算できるような指標を導入することが望ましい．さらに，効率的に血圧の低下やストレスの低減を導くような呼吸統制訓練などの具体的な方法の構築を検討する．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
平成25年度の物品費で購入する臨床データ収集用コンピュータ（ソニー・VAIO）は自律神経機能が低下したヒトの循環系計測データを取集し，解析するために使用する．電子回路部品類・電極類はレファレンスデータの計測に伴うものである．計算機ソフトウェアはデータ計測と解析のために用いる．各年度の国内旅費のうち研究打ち合わせ旅費は，遠隔地（福島市の福島大学）の連携研究者との研究打ち合わせに用いる．各年度の謝金の実験補助は，健常者および臨床データでのデータ収集および実験の補助員のためのものである．
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[Book] Methods for Estimating a Cross-Correlation Index of the Baroreflex System by Using a Plethysmogram, Takami Yamaguchi, MD PhD (Eds.), Nano-Biomedical Engineering 20122012
Author(s)
Mkoto Yoshizawa, Norihiro Sugita, Tomoyuki Yambe, Satoshi Konno, Telma Keiko Sugai, Makoto Abe, Noriyasu Homma, Shin-ichi Nitta
Total Pages
566-576
Publisher
Imperial College Press, London
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