呼吸心拍リズム間シンクロ現象を利用したメンタルストレス評価器の提案と試作

• 研究課題/領域番号: 24650344
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: リハビリテーション科学・福祉工学
• 研究機関: 山形大学
• 研究代表者: 新関 久一 山形大学, 理工学研究科, 教授 (00228123)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2013年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2012年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 呼吸性不整脈 / 位相シンクロ / ストレス / モニタリング / 睡眠 / 脳波 / シンクロ / 運動 / 食事 / 位相同期 / 精神ストレス

研究成果の概要

本研究では，呼吸と呼吸性不整脈間の位相シンクロ度（λ）を用いた無拘束ストレス評価システムを開発し，日常生活の様々な場面でストレス度を計測することで個人のヘルスケアに寄与することを目的とした。まず心電図のみからλを推定可能か検討した。次に運動と食事中のλと呼吸循環系指標および自律神経指標との関連性を解析した。心電図の振幅変調から呼吸リズムを推定しλを推定したところ，呼吸数が20bpmまでは10％以内の誤差で推定可能であった。運動時は換気閾値まではλは変化しないことが明らかとなった。また，食事中は心拍数と心拍出量の増加が観察されλが低下した。λは自律神経活動の指標であるLF/HFと逆相関した。

研究成果

• [雑誌論文] Phase coherency of respiratory sinus arrhythmia during food ingestion and gum chewing. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kanno J,Koshiba Y, Saitoh T, and Niizeki K.
  • 雑誌名: Transcations of the Japanese Society for Medical and Biological Engineering 巻: 52
  • NAID: 130004948212
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Cardiolocomotor phase synchronization during rhythmic exercise (2014)
  • 著者名/発表者名: Niizeki K and Saitoh T.
  • 雑誌名: The Journal of Physical Fitness and Sports Medicine 巻: 3 号: 1 ページ: 11-20
  • DOI: 10.7600/jpfsm.3.11
  • NAID: 130003397894
  • ISSN: 2186-8123, 2186-8131
  • 査読あり
• [雑誌論文] Estimation of Melanin and Hemoglobin Using Spectral Reflectance Images Reconstructed from a Digital RGB Image by the Wiener Estimation Method (2013)
  • 著者名/発表者名: Izumi Nishidate, Takaaki Maeda, Kyuichi Niizeki, and Yoshihisa Aizu
  • 雑誌名: Sensors 巻: 13 号: 6 ページ: 7902-7915
  • DOI: 10.3390/s130607902
  • NAID: 120005323273
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visualization of peripheral vasodilative indices in human skin by use of red, green, blue images (2013)
  • 著者名/発表者名: Izumi Nishidate, Noriyuki Tanaka, Tatsuya Kawase, Takaaki Maeda, Tomonori Yuasa, Yoshihisa Aizu, Tetsuya Yuasa, Kyuichi Niizeki
  • 雑誌名: Journal of Biomedical Optics 巻: 18 号: 6 ページ: 61220-61220
  • DOI: 10.1117/1.jbo.18.6.061220
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of cardiolocomotor coupling on gas exchange efficiency and energy metabolism. (2012)
  • 著者名/発表者名: Niizeki K, Kusakabe S, Onodera M, Kouhata K, Saitoh T.
  • 雑誌名: Proceedings of The 27th Symposium on Biological and Physiological Engineering 巻: 27 ページ: 280-284
• [雑誌論文] Effect of hyperventilation on oxygen uptake kinetics during cycling exercise. (2012)
  • 著者名/発表者名: Saitoh T, Niizeki K.
  • 雑誌名: Proceedings of The 27th Symposium on Biological and Physiological Engineering 巻: 27 ページ: 461-462
• [学会発表] Phase coherency of respiratory sinus arrhythmia during food ingestion and gum chewing. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kanno J, Koshiba Y, Saitoh T., and Niizeki K.
  • 学会等名: 第53回日本生体医工学会
  • 発表場所: 仙台国際センター
  • 年月日: 2014-06-24 – 2014-06-26
• [学会発表] Validity of combining triaxial accelerometry and heart rate in the assessment of the dynamics of energy expenditure during walking. (2014)
  • 著者名/発表者名: Koshiba Y , Kanno J, Saitoh T., and Niizeki K.
  • 学会等名: 第53回日本生体医工学会
  • 発表場所: 仙台国際センター
  • 年月日: 2014-06-24 – 2014-06-26
• [学会発表] Frequency-dependent effects of heel raising maneuver on orthostatic cardiovascular responses. (2014)
  • 著者名/発表者名: Niizeki K, Onodera M, and Saitoh T.
  • 学会等名: 91st Annual Meeting of Physiological Science
  • 発表場所: 鹿児島大学郡元キャンパス
• [学会発表] Effects of heel raising maneuver on hemodynamic and autonomic responses to the upright posture. (2013)
  • 著者名/発表者名: Onodera M, Kouhata K, Saitoh T, and Niizeki K.
  • 学会等名: 35th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine & Biology Society
  • 発表場所: 大阪国際会議場
• [学会発表] Analysis of postural control during voluntary sway of the anteroposterior axis in young and elferly humans. (2013)
  • 著者名/発表者名: Kouhata K, Onodera M, Saitoh T, and Niizeki K.
  • 学会等名: 35th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine & Biology Society
  • 発表場所: 大阪国際会議場
• [学会発表] Effect of controlled respiratory rate on oxygen uptake kinetics during cycling exercise. (2013)
  • 著者名/発表者名: Saitoh T, Kobayashi H, Yanai J, Nomura R, Tsutui H, Takana H, and Niizeki K.
  • 学会等名: 37th Congress of International Union of Physiological Sciences
  • 発表場所: International Convention Center, Birmingham, UK
• [学会発表] Comparison of oxygen utilization during magnetic muscle stimulation with that during handgrip exercise. (2013)
  • 著者名/発表者名: Saitoh T and Niizeki K.
  • 学会等名: 60th Annual Meeting of American College Sports Medicine
  • 発表場所: Indiana Convention Center, Indianapolis, USA
• [学会発表] Effect of work rate on oscillations of respiratory sinus arrhythmia during submaximal graded exercise. (2013)
  • 著者名/発表者名: Niizeki K, Onodera M, Kouhata K, Saitoh T.
  • 学会等名: 第90回日本生理学会大会
  • 発表場所: タワーホール船堀
• [学会発表] Effects of cardiolocomotor coupling on gas exchange efficiency and energy metabolism. (2012)
  • 著者名/発表者名: Niizeki K, Kusakabe S, Onodera M, Kouhata K, Saitoh T.
  • 学会等名: 第27回生体生理工学シンポジウム
  • 発表場所: 北海道大学学術交流会館
• [学会発表] Effect of hyperventilation on oxygen uptake kinetics during cycling exercise. (2012)
  • 著者名/発表者名: Saitoh T, Niizeki K.
  • 学会等名: 第27回生体生理工学シンポジウム
  • 発表場所: 北海道大学学術交流会館
• [学会発表] 呼吸性不整脈の位相差ゆらぎに基づくメンタルストレス評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 新関久一，菊地聖也，今野稚奈，原田直季，齊藤直
  • 学会等名: 第23回日本臨床モニター学会総会
  • 発表場所: 横浜シンポジア