非接触体表圧刺激による知覚閾値評価システムの開発

2013 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 25870710
• 研究種目: 若手研究(B)
• 研究機関: 杏林大学
• 研究代表者: 瀬野 晋一郎 杏林大学, 保健学部, 助教 (70439199)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 知覚閾値 / 非接触 / 生体計測 / 空気噴流

研究概要

従来の体表部末梢神経障害に対するスクリーニング検査は、ほとんどの方法で電極や測定用器具を対象部位へ直接接触させる必要があり、傷害のある体表組織への適用に際しては刺激に伴う患者の侵襲と痛みなどの負担も少なくない。これらの点を改善する目的で、本研究では定常流とパルス流の2種類の空気噴流を利用した非接触圧刺激による感覚評価法を考案した。
平成25年度は、主に測定システムの開発を行った。刺激用空気噴流は、利便性を考慮しコンプレッサーによる圧縮空気を選択し、供給される圧縮空気を一度減圧した後、空圧タンクに充填して、タンクからの圧力で皮膚体表面への負荷空気流を作成した。閾値測定を容易にするため、定常流は送気量が一定となるように流量調節コントローラーで制御し、空圧タンクと噴出口の間に熱線式流量計を設置して定常流の流量[L/min]を逐次測定し、定常流に対する感度を算出した。一方、パルス噴流に対しては、デジタル電空レギュレータを利用して元圧となる圧縮空気圧を漸増させ、噴出口の手前で高速電磁弁を開閉させて矩形波状のパルス噴流を実現した。ノズルの手前に圧力センサを設置し、1回毎のパルス噴流に対する圧力値（側圧）を計測し、この値から噴流の動圧を計算して知覚閾値の評価圧力として使用した。定常流としての空気噴流は先端をふさいだ直径15mmのアクリルパイプの周辺部に直径1mmの穴を8カ所開けて穏やかな空気流とし、パルス噴流はこのパイプの中央部に通した内径0.7mmのステンレスパイプから駆出させた。
試作システムを利用して空気噴流に対する感覚閾値の測定を行い、2種類の空気噴流を利用して非接触的に知覚閾値の評価を行うことが十分可能であった。一方で、実験結果には空気の温度および音や光などの外部環境因子の影響と思われるバラツキも認められ、これに対する対策としてこれらの影響を軽減できる装置を設計した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究は、2種類の空気噴流を利用した知覚閾値の測定技術の確立して試作システムを完成させ、体表各部での実測データによる検査法としての有用性評価までを一連のプロジェクトとしている。このためには信頼性のある測定システムの完成と実測に基づく臨床的に応用可能な閾値評価方法を見いだすことが必要となる。
平成25年度は、考案した2種類の空気噴流による閾値評価を具体化するため、実測可能なシステムを設計･試作した。特に、空気噴流の供給に関して、定常流の空気流においては低流量での精密な調節が可能となるように流量調節コントローラーを設け、実測流量を高感度で測定しながら駆出できる極小レベルの刺激を完成させた。パルス噴流については、当初ロータリーソレノイドを利用することを計画していたが、十分な性能が期待できないことから実際にはデジタル電空レギュレータと高速電磁弁を利用して装置の設計・製作を行った。ノズル設計に関しても噴流としての刺激が加わらないように、定常流の流出口を計画書の4つから8つに変更した。
以上のように性能試験を頻回に行い、何度か設計変更を余儀なくされたが、年度内に実測可能な装置を完成でき、十分とは言えないものの男女20名の被検者数を対象に試作システムによる2種類の空気噴流を利用した非接触的な知覚閾値の評価を行うことが十分可能であることを確認でき、定量的な空気流刺激閾値のデータ収集を行うことができた。
平成25年度は基礎実験と平行して生体への適用を行ったため、評価に対する新たな課題を発見した。例えば、一部の被験者で刺激に伴い冷覚が誘発され、触覚と冷覚が混在する状況下で閾値の判別は困難と回答しており、負荷刺激に利用した空気の温度が知覚閾値に影響を及ぼすことが示唆され、空気の加温など、改善すべき課題の１つと考えている。また、装置の駆動音なども気になる刺激として閾値に影響を与えることも確認した。

今後の研究の推進方策

本法では皮膚面に負荷した定常流およびパルス噴流の流量［L/min］、圧力［Pa］の2つの値から知覚閾値を得ることが臨床的に応用可能な評価方法につながると考えている。試作システムによる実測結果から、現在のシステムでは空気流の温度の影響が大きく、測定条件による知覚閾値のバラツキが無視し得ず、再現性に問題が残ることが予想される。また、知覚閾値の判別条件など被験者自身の認識なども問題となった。平成26年度はシステムの更なる改良と測定環境に対する配慮など以下の課題を重点的に挙げ、解決手段を検討する。
1．空気噴流は気流による皮膚への影響が存在し、空気噴流の知覚とは独立に、測定部位での温度変化の知覚も誘発される。本研究ではこの点を考慮して、空気噴流自体の知覚閾値ではなく2つの空気噴流に対する識別閾値を知覚評価の対象に設定している。しかし、実測の結果、空気温度が知覚閾値に影響する可能性は排除できず、体温レベルまで加温された空気噴流で同計測を実施し、空気噴流の温度による影響を最小化する必要があると考えている。
2．本法では、被験者に定常流を知覚させた状態でパルス噴流を重畳して刺激し、2種類の空気流を分離識別できた時点を知覚閾値として評価している。しかし、予備的な実験と通じて被験者がこの識別方法を十分理解できていなかった可能性があり、平成26年度以降は、事前に被験者が測定法を十分理解したことを把握してから評価データの収集を行うなど、プロトコルの改良を行う。
3．試作システムは、内蔵した機器の機械的動作音やLED点滅が繰り返すため、被験者が集中できないなどの申し出も経験した。このため、外部刺激（音や光など）による影響を抑制することなど測定環境のコントロールも装置設計に対する課題となった。
これらの検討に加え、空気温度の調節装置を利用して知覚閾値に対する温度の影響などの定量的分析も行う予定にしている。

次年度の研究費の使用計画

本年度は、主にシステム設計および開発に取り組む計画であったため、消耗品費として加工材料および工具、空圧部品や計測部品などの購入を計上していた。しかし、試作システムの開発時に、空圧部品や計測部品などについては、すでに所有する物品や材料から順に使用した結果、消耗品の購入時期が期の後半になったため、予算の使用が遅れる状況となり、平成25年度の交付金を年度内にすべて執行できなかった。加工用の工具等についても同様に、どの消耗品を優先するかなどの問題で、期限内での購入が間に合わなかったため一部の執行が未処理となった。
今年度の未使用金について、次年度での使用用途として以下のように執行する。試作に関わる加工材料費に加えて、本年度の交付金で購入したデータ処理用のソフトウェアの追加オプション（研究上不可欠）な物品の購入にあてるが、オプション購入に際しては価格の点で本年度（26年度）の交付金と合算して購入することを計画している。