| 研究課題/領域番号 |
26870088
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
前田 祐佳 筑波大学, システム情報系, 助教 (20650542)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 光電脈波計測 / 緑色光 / 測定光 / 脈波伝播速度 |
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| 研究実績の概要 |
心疾患や脳卒中は我が国の死因の上位を占めており、 生活習慣病に起因する動脈硬化が一因として挙げられる。その予防及び疾患の早期発見は急務な課題である。病態の判定として、脈波伝播速度（PWV)検査が現在用いられている。PWVとは心臓からの拍動が伝わる速度であり、PWV検査によって血管の硬さを評価している。PWV検査では手足に血圧計の圧迫帯を装着し、同時に心電図や心音図などを測定する為、医療機関で実施される。そのため従前のPWV検査は疾患の早期発見のようなスクリーニング目的および日常的な用途には適していない。
そこで日常生活中（家庭内）での使用に適した脈波伝播速度の確立を本研究の目的とした。脈波伝播計測に用いられる脈波信号は体動に計測が困難となるため、日常生活中の計測には適していなかが、これまでの研究により緑色光を用いることにより、体動の影響を低減させることが可能となった。
緑色光による脈波信号を用いた脈波伝播速度計測の精度について検証した結果、従来の近赤外や、心電図と脈波信号を用いた計測手法と同様の精度が得られた。
さらに夜間の長時間計測に向け、ベット内での低拘束な脈波伝播速度計測を検討した。前年度の作製したベッド型の頸部―足首脈波PWV計測デバイスを用いて頸部と足首の脈波信号を取得し、脈波伝播速度を求めた。市販血圧計との比較を行った結果、開発システムで得られた脈波伝播速度が血圧計の血圧変動と同傾向の変化を示すことが明らかとなり、提案システムでの血行動態のモニタリングの可能性が示唆された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
現在のPWV検査では手足に血圧計の圧迫帯を装着し、同時に心電図や心音図などを測定する。高額な医療機器を要するだけでなく、仰臥位で四肢にセンサを装着する必要性があり、拘束性がある。そこで平成26年度は光電脈波を利用することにより、血圧計の圧迫帯を要しない脈波伝播計測手法を確立した。平成27年度に作製したベッド型の頸部―足首脈波PWV計測デバイスでは枕や脚部のベットシーツに光電脈波センサをアレー設置することにより、被検者本人へのセンサ装着を要しない計測システムを実現した。平成28年度は更なる拘束感の低減化を目指し、末梢部の短距離2点間での脈波伝播速度計測を検討した。
従来の脈波伝播速度計測手法では、手首-足首間や頸部-足首間などの遠隔部位の脈波の伝搬時間差より脈波伝播速度を求めている。これは成人男性の平均的な脈波伝播速度が8m/sでとされており、部位間の伝搬時間差の検出には高い精度が求められる。そのため低い周波数成分で構成される脈波信号を用いて時間差を検出するには、部位間の距離を長く設定する必要があった。申請者は脈波センサの計測領域の検討、高速サンプリングの検討、伝搬時間差の検出方法の検討を行い、短距離2点間での脈波伝播速度計測を実現した。
脈波センサの計測領域の検討においては、表皮から皮下組織までの各層の光伝播特性を考慮した光の伝播経路シミュレーションを行った。計測対象となる血管が計測領域に入り、効率よく血管情報を収録可能な脈波センサを開発した。最大8m/sの脈波伝播を80mmの間隔で測定するためには1ms以下の到達時間を検出する必要がある。申請者らはフォトダイオードの応答速度を向上させることで、計測に耐えうる高速サンプリングを実現した。伝搬時間差を求めるピーク検出法の検討においては、通常のピーク検出だけでなく二次微分法などをもちいて時間差を求めた。
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| 今後の研究の推進方策 |
脈波伝播速度計測の計測精度および、低拘束計測について検証をおこなっている。脈波伝播速度やその速度変化に関連する血圧値は季節性変動を含むものである。例えば血圧は夏に下降し、冬に上昇するように血管の硬度は季節により変動する。脈波伝播速度から血圧値を推定する際、そのパラメータは実験値より決定されるが、その関係性も季節に影響を受けると考えられる。平成29年度は季節ごとの被検者の脈波伝播速度を計測し、季節性のパラメータについて検証を行う。
さらに夜間の長時間計測に向け、ベット内での低拘束な脈波伝播速度計測を検討する。現在の作製しているベッド型の頸部―足首脈波PWV計測デバイスは、頸部の枕に設置した脈波センサと足首部にアレー状に複数配置した脈波センサを用いて測定を行っている。脈波計測においては、センサと皮膚が直接接する必要がある。睡眠中の測定においては寝返りなどによりセンサ設置部から皮膚露出部が外れた際に、計測が困難となることが考えられる。そこで皮膚との接触を要しないセンサの適用、ないしは広範囲に計測可能なデバイス開発を行い、この課題の解決に取り組む。
また日常生活中の計測においては、計測部位の位置が一意に定まらない。位置エネルギーの影響を受け、血圧値は心臓位置より高所の場合は低い値、低所の場合は高い値を示すため、脈波伝播速度も計測部位の高さの影響を受けると考えられる。今後は計測位置の高さ変動に伴う脈波伝播速度の変化について検証する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
24時間血圧計について、代替品の使用が可能となり、新規購入の必要がなくなったため、未使用額か生じた。
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| 次年度使用額の使用計画 |
最終年度となるため、研究成果の発表などに充てる。
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