2020 Fiscal Year Research-status Report
体圧分布測定装置を用いた生体縦弾性率推定技術の開発
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19K20752
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
村上 知里 日本大学, 理工学部, 助教 (30733753)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 体圧分布測定装置 / 軟部組織 / 縦弾性率 / 褥瘡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
深部組織に損傷を起こす褥瘡Deep Tissue Injuryでは、筋や脂肪などの軟部組織の厚み情報が重要である。これまで、厚みを取得するために、MRIやX線検査装置、超音波診断装置が用いられてきた。また、近年では、MRIや超音波を用いたエラストグラフィ技術が実用化されたことで、生体弾性率の推定による病変検知が可能になり、褥瘡治療・予防分野での活用が期待されている。しかし、これらの方法は高額であり専門的な資格が必要である。また、座位計測が困難であり携帯性がないことから、在宅医療での適用が難しい。申請者はこれらの課題を解決するため、体圧分布測定装置と逆問題解法を用いた軟部組織厚み推定技術を開発してきた。本研究では、この軟部組織厚み推定方法を改良し、縦弾性率を同時に推定す技術を開発する。本技術は、安価・簡便・携帯性が高いという特徴から、大病院をはじめ、在宅医療や小規模医療機関での活用が期待できる。前述の目標を達成するため、一年目は「軟部組織の厚み・縦弾性率・圧力の関係のモデリングと縦弾性率推定解法の構築」を行い、二年目は「多層軟部組織の縦弾性率推定アルゴリズムの開発」の実施を計画した。
一年目に検討したばねモデルでは、皮膚表面から骨表面までの全組織を一つの縦弾性率で表現した。しかし、実際の軟部組織は異なる縦弾性率を持つ脂肪層や筋層などで構成されており、ばねモデルと実際の軟部組織との性質的差異は大きい。そこで二年目は「多層軟部組織における縦弾性率推定方法の開発」を目標とした。具体的には、異なる縦弾性率が直列に接続された多層ばねモデルを数式化し、多層軟部組織の縦弾性率推定方法を構築した。この検討に対し、異なる硬さを持つゲルを接合したゲル試験片を使用した実験を行い、評価を試みた。推定値と実験値とは差異があり、現在、差異の原因を検討している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
新型コロナウイルス感染症に関する組織内対応のため、例年に比べて研究時間の確保を十分に行うことが難しかった。また、実験に使用する器具等の購入が遅くなり、実験への着手時期が遅れていた。実験の着手が遅れた期間は、Ansysによるシミュレーションを代替手段として使用できるのかを検討した。推定値と実験値に対し、シミュレーションによる結果は別の誤差が発生するが、推定方法の比較評価で有用であると考えている。
また、当初の計画にはなかったが、研究代表者の所属変更に伴い、実験値の取得に使用する圧力分布測定装置を新規に購入した。新規の圧力分布測定装置のための連続測定用プログラムの開発と動作検証を行い、これまでに使用していた圧力分布測定装置と大きな差異なく測定を実施できることを確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
二年目に検討した「多層軟部組織における縦弾性率推定方法の開発」では、異なる硬さを持つゲルを接合したゲル試験片を用いた実験を行い、評価を試みた。しかし、推定値と実験値とは差異があった。三年目は、まず、推定値と実験値との差異の原因を確認し、多層軟部組織における縦弾性率推定方法に組み込む予定である。
また、当初の三年目の目標である「隣接するセンシングセル間における相互作用のモデル化」を実施する。軟部組織が変形する際、セル上の組織は隣接するセル上の組織と相互的に影響を受けるはずである。しかし、前述までに示すばねモデルは、隣接するセル間での相互作用が考慮されていない。そこで、相互作用を表現するため、セル間にせん断弾性率を仮定したばねモデルについて検討する。実験では、圧力センサとひずみセンサを配置したゲルファントムを作製し、せん断弾性率を算出する。現在、ゲルファントムの予備実験的な作製と圧力センサとひずみセンサの選定を行っている。
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| Causes of Carryover |
当初の予定では、実験装置の選定および購入などは二年目までに実施する予定であった。しかし、「現在までの進捗状況」の通り、予定と異なる検討を優先したため、二年目までに実験装置の選定および購入に至らなかった。
早急に三年目の実験に使用予定の圧力センサシステム（購入予定額1,080千円）およびひずみセンサシステム（購入予定額400千円）を含む実験機器を購入する予定である。また、併せて、試験片作製のための材料や器具などを随時購入する予定である。当初の予定から遅れているが、三年目に国内外での研究成果発表と論文の投稿を予定しているため、これらに関する旅費と論文の投稿料を使用する予定である。
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