生体医工学
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Annual60 巻, Proc 号
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  • 林 豊彦
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 260-262
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

    To provide a comprehensive service of Information, Communication Technology (ICT)- based assistive technology to persons with disabilities in Niigata City, Niigata IT Support Center for Persons with Disabilities was established in 2008, based on collaboration between Niigata University and Niigata city government. However, a survey of the knowledge and use of the disabled for dominant ICT-based assistive products made it clear that they did not use such products well, even lacking their knowledge. The reason of such miserable situation was that specialists in medicine, well-being and education directly connected to the disabled had little knowledge of such products. Then, I have been carrying out two different activities strategically: 1) directly supporting the disabled in collaboration with specialists in other fields; and 2) giving workshops or lectures to the specialists. Consequently, we now support more than 700 persons with every sort of disability and give nearly 60 lectures annually.

  • 佐久間 一郎
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 263-264
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

    生体医工学の意義は,基礎的な生命科学と臨床的な診断・治療システム開発をつなぐことを可能とする,新たな診断用・治療用医療機器・医療技術の実現に貢献するという意義と生命現象の定量的かつ再現性よい測定・分析・制御手法を提供することにより,生命科学研究の進歩に貢献するという意義を持つ.この基礎となる学理は,人体と物質・システムの相互作用を理解する学問である.ある特定の工学分野の深い知識を備え,さらに生体医工学に関する俯瞰的な視野,医学生物学等に関する基礎知識を獲得できるような教育体系の確立が求められる.

  • 黒田 知宏, 杉町 勝, 木村 裕一, 大城 理, 村垣 義浩, 佐久間 一郎, 鈴木 孝司, 鎮西 清行, 吉元 俊輔, 櫻井 理紗, 黒 ...
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 265-266
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

    The clinical trials act of Japan, enforced April 2018, which allows only medical doctor license holders to perform clinical trials using unauthenticated medical devices had a strong impact to medical device development researches which are mainly performed by engineering researchers. The authors conducted online survey for understanding impact of the act on medical device development researches in November 2021. The total number of responses was 46, 35% of them are forced to modify or abort their original research plan, although most of them has no need to do so. This survey result clarifies that education for review board members about medical device development researches and slight amendment of the act to enable medical device development researches are required for promotion of medical device development researches.

  • 石井 亮輔, 古川 大介, 佐伯 壮一
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 267-269
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

    加齢や光老化によって真皮上層におけるコラーゲンやエラスチンの組織変性が起因となり,粘弾性力学特性が変化しシワやたるみが発生する.本研究では,多機能OCTを用いたヒト皮膚マイクロバイオメカニクス断層診断システムを構築する.本システムは,ヒト皮膚に荷重負荷する吸引デバイスとOCTによって構成されている.血流によって生じる微小変動に対し,隣接干渉信号から位相差を求める血管網検出に加え,吸引圧による皮膚変形を画像相関解析(OCSA)に基づきひずみ速度分布として算出し,粘弾性力学特性をマイクロ断層可視化することができる.20代被験者の前腕屈側部内側を静置安定し,3次元毛細血管網検出後に,正弦波吸引負荷による動的粘弾性試験を実施した.その結果,表皮層と真皮上層それぞれのひずみ速度の時間推移を比較すると,位相差が発生することを確認でき,真皮上層では位相が遅れることから粘性要素を検出していると考えられる.また,3次元毛細血管網断層とひずみ速度断層像を比較みると毛細血管がある場所では,周辺組織に対しひずみ速度が大きく発生していることが可視化された.これは毛細血管が弾性的であることからひずみ速度が大きくなると考えられた.これより,毛細血管とひずみ速度の相関関係を考察することが可能であると考えられる.よって,皮膚内部の力学特性をマイクロスケールにて断層可視化でき,スキンメカニクスの評価可能であることが示唆された.

  • 川口 拓之
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 270-272
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

    本稿では、fNIRSのソフトウェア開発について、現在の研究動向と今後の展望を述べる。代表的なfNIRSソフトウェアとして、頭皮血行動態ノイズの低減、頭皮-皮質相関の解析、部分光路長の推定技術に関わるソフトウェアを紹介し、それぞれのトピックに関する今後の展望を述べた。また、筆者らが開発しているfNIRS解析用ソフトウェアプラットフォームOpen PoTAToの概要を紹介した。さらに、ソフトウェアに関連する話題として、fNIRSのデータフォーマットの最新状況を整理し、医療応用のためのデータフォーマットに関する提言をした。

  • 林 豊彦, 山田 祐樹, 阿部 孝司
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 273-274
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

    The rear sole of running shoes has 2 different functions of foot stability and shock absorption. To investigate how sole material layout in the rear sole affect the functions, we carried out experiments where running shoes with 3 separated sections of the rear sole and 3 gels with different degrees of hardness, employing 9 experienced runners. The experiments were done by changing the gel and its layout in the rear sole as well as running speed. Foot sole pressure, deformation of the rear sole and the orientation of the shoes relative to the tibia were measured. Consequently, shoes with the same gel in all sections exhibited that the rear-sole deformation was dependent on gel hardness and running speed, while the maximum pressure in the foot sole and maximum valgus angle of the shoes were independent. The comparison between shoes with a hard gel in the heel and lateral sections and a soft one in the medial section and those with the opposite gel layout exhibited that the deformation of the heel section was independent on the gel layout and running speed, while that of the lateral and medial sections were dependent solely on the gel layout.

  • 赤澤 堅造, 一ノ瀬 智子, 前田 義信, 奥野 竜平
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 275-277
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

    筆者らは認知症に対する楽器演奏,音楽療法に関心があり,エビデンスに関して文献レビューを実施して,楽器演奏が健常者の認知症リスクを減少させる効果があることを報告した.当学会大会でも報告した(第1報(2018),第2報(2019)).筆者らは,演奏初心者でも本格的な演奏が楽しめるアクセシブルな電子楽器サイミスを開発しており,短期であるが,地域の健康な高齢者を対象としたサイミス応用の準備的な研究を実施した.ここで判明したことは,認知症予防のためのプロトコルを策定する必要があることである.最近,健常者,MCI者に対する音楽介入のランダム化比較試験の報告がいくつかあるので,プロトコル策定の手がかりをえるために,「認知機能」に焦点を当て文献レビューを実施した.本発表では,その文献レビュー結果を報告する.

  • 土屋 秀和, 浅川 毅, 志村 孚城, 髙柳 佳世子
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 278-280
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

    本研究では,浜松市で展開されているオレンジシール/メール事業に関して,対象者のオレンジシールの個別番号を協力者が確認する際に,対象者に意識されることなく確認することを目的として,無線ICタグを靴等に貼付し,離れた所から個別番号を確認可能なシステムの調査研究を行なった.システム構成は,電池の不要な電磁誘導方式である無線ICタグ,電波利用申請が不要である特定小電力タイプのRFIDリーダ,個別番号を表示する為のスマートフォンによって構成した.実証実験として,無線ICタグを靴やジャケット等の内側及び外側に貼付し,読み取り距離について確認を行なった.その結果,RFIDリーダ及び無線ICタグのアンテナが共に平行な場合に感度が最も高いことや,革靴やダウンジャケットの内側の場合は外側に比べて半分もしくはそれ以下となることが判明した.また,布製のスニーカの中敷きに貼付した場合は40cm程度の読み取り距離を確保可能であることが判明した.今後の課題としては,RFIDリーダの小型軽量化及び低コスト化,製品化による実用化が挙げられる.また,展望としては,実証実験の継続による基礎データの積み上げや対象者における無線ICタグの最善な貼り付け位置の検証が挙げられる.また,将来的には協力者や協力店舗や路上にRFIDリーダを配置し,徘徊者の家族が交番に相談すると,徘徊探査システム管理者により対象者の場所を特定できるようなシステムをイメージし開発を進める.

  • Kengo Aoki, Takanori Uchiyama
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 281-283
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

    The purpose of this study is to clarify the relationship between the center of pressure (COP) and the thickness of the tibialis anterior (TA) muscle during quiet standing by using an ultrasound imaging method. The TA muscle was electrically stimulated, and the displacement of the COP in the anterior-posterior direction was measured using the force plate. The TA muscle thicknesses of the superficial and deep compartments were estimated from the two-dimensional cross-correlation function of the echo images. The muscle thicknesses of the superficial and deep compartments were 11.9-12.7 mm and 22.6-24.2 mm, respectively. The deep compartment was thickened when the COP was posterior to the equilibrium point.

  • Naofumi Oya, Takanori Uchiyama
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 284-286
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

    We investigated the nonlinearity of the abductor digiti minimi muscle in voluntary contraction. A healthy young male volunteer participated in the experiment. The electromyogram (EMG) of the abductor digiti minimi muscle was measured during voluntary contraction, and the voluntary contraction force (VCF) was measured with a force sensor. The participant窶冱 hand was fixed on a measurement table made of thermoplastic resin to fit his palm, so that he could move only his digitus minimus. The VCF and the target force were displayed in real time on an LCD display in front of the participant. The participant was instructed to track the target force. Finally, system identification was performed using the Hammerstein model, the input and output of which were the EMG and the VCF, respectively.

  • Takashi Inagaki, Jeonghyun Kim, Eijiro Maeda, Takeo Matsumoto
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 287-289
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

    Observing cell nuclei in the 3D culture model was still challenging due to the limited penetration depth of lasers from the microscopes. Observation of deformation of cell nuclei is important because it is thought to modulate cellular functions. In this study, we have achieved optical clearing techniques for osteocytic spheroids using OptiPrep. Furthermore, we developed a novel 3D image analysis software to quantify the shape and position of the nuclei in the spheroids. As a result, we found out that the shape of cell nuclei was more sphere-shaped inside the spheroid. The combination of optical clearing and 3D image analysis techniques is expected to become powerful tools in the field of 3D culture models.

  • 相原 伸平, 坂井 宝, 塩野谷 明
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 290-292
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

    跳躍動作は,スポーツの様々な場面でみられる基本動作である.跳躍動作の評価は,技能や体力の評価のみならず,競技パフォーマンス向上を目的としたトレーニングの実践にも貢献する.跳躍動作の評価には,最も基礎的な跳躍動作の垂直跳びが広く採用される.標準機器としてフォースプレートを使用し,床反力が計測されるが,利便性やコストの課題がある.本研究では,跳躍動作の新しい計測技術の実現にむけて,簡易的に使用できる単眼カメラを用いた床反力推定手法を開発した.時系列のカメラ画像を入力として,画像中の人物の3次元姿勢を推定し,さらに,3次元姿勢情報にTransformerをベースとしたディープラーニングモデルを適用することにより,跳躍動作時の床反力推定を可能とした.データ収集試験を行い,モデルの学習と評価を実施した.提案手法で推定した時系列データとフォースプレートで計測した床反力の時系列データとの相関係数は0.87であり,有意に強い相関を有することを確認した(P <0.001).垂直跳びの評価に使用される跳躍時の最大床反力の相関は0.90を達成した.先行研究で報告される回帰モデルを比較した結果, 最も高い精度となった.本研究により,カメラのみで床反力を推定できる可能性を見出した.また,本研究のアプローチは,歩行動作や走行動作などの床反力推定が可能であり,ヘルスケアやリハビリテーションへの応用が期待できる.

  • 一寸木 佑, 戸嶋 和也, 西谷 萌, 田丸 司, 森田 良文
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 293-294
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

    【目的】我々の研究グループは把握力調整能力評価トレーニングデバイス(以下,iWakka)を開発した.iWakkaを用いることで,手指の巧緻動作における把握力調整能力(Adjustability for Grasping Force: AGF)を定量的に評価できる.本研究の目的は,iWakkaの巧緻動作におけるAGFと認知機能との関連性について調査した.【方法】AGFと認知機能評価の相関についてスピアマンの順位相関係数により調査した.対象者は,60歳以上の高齢者10名とした.その内には認知機能の低下傾向を認める者も含まれている. iWakkaは視覚追従課題を提供する.視覚追従課題とは,把握力の目標線とiWakkaを操作することで得られる把握力の実測値との平均絶対誤差として定量化する.認知機能評価としてはiWakkaによる測定の前にHDS-RとMMSEで評価した.なお,本研究は名古屋工業大学と偕行会リハビリテーション病院の倫理審査の承認を得て実施した.【結果】AGFとHDS-Rの間に相関が認められ(r=-0.70,p*<0.05),またMMSEとの間にも相関が認められた(r=-0.67,p*<0.05).【考察】HDS-RとMMSEは総合的な認知機能を評価する検査であることから,AGFが認知症スクリーニングのための特徴量として活用できる可能性が示唆された.また,1回90秒の視覚追従課題であることから,認知機能を短時間で評価できる可能性も期待できる.

  • 戸嶋 和也, 西谷 萌, 一寸木 佑, 田丸 司, 和坂 俊昭, 森田 良文
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 295-297
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

    【目的】我々の研究グループは把握力調整能力評価トレーニングデバイス(以下,iWakka)を開発した.iWakkaは設定した目標値と把持力の誤差を検出するため,複数施行における時系列データから,高齢者の運動学習を定量化できる可能性がある.本研究の目的は,iWakkaによる運動学習の定量化が軽度認知機能低下者(Mild cognitive impairment : MCI)を判別する評価指標となるかを検討する.【方法】健常高齢者(以下,Normal Cognitive : NC群)10名とMCI群の10名を対象とした.iWakkaは視覚追従課題を提供する.視覚追従課題とは,把握力の目標線とiWakkaを操作することで得られる把握力の実測値との平均絶対誤差を定量化する.これをAdjustability of Grasping Force (以下,AGF)と定義する.今回はランダム課題とリピート課題を用いて,それぞれの課題に対する運動系列学習記憶を定量化する.それぞれの課題に対して,AGFの学習率を定義して比較した.加えて認知機能評価として,TMTA/B,FAB,レイ複雑図形の模写と遅延再生を評価した.なお,本研究は当院の倫理審査会の承認を得て実施した.【結果】それぞれの課題の学習率を比較すると,NC群ではリピート課題の方が有意 (p<0.01) に高かった.一方,MCI群では差が認められなかった.また,リピート課題において認知機能評価との相関を認めた.このことからiWakkaから得られる学習率は認知機能を表す可能性が示唆された.【考察・まとめ】iWakkaによる運動学習の定量化は,認知機能低下を判別するための評価指標となる可能性が示唆された.

  • Yuki Ando, Sunao Takeda, Ryosuke Kasai, Fuminori Kamijo, Takashi Kano, ...
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 298-299
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

    A close relationship exists between lesions in the peripheral circulation and angiopathy in the central organs. For the diagnosis of angiopathy, quantitative methods based on the pulse wave transit time, etc., can be used. For lesions in the peripheral circulation, however, few established diagnostic methods exist. According to the Windkessel model, noninvasive measurements can be performed using the radial arterial pressure waveform (RAPW) as the input signal and fingertip photoplethysmography (PPG), which detects changed in the peripheral blood volume, as the output signal. A fast Fourier transform (FFT) is conducted on both the waveforms. By comparing the amplitudes of the measured frequency components, a time constant is then calculated from the frequency transfer characteristics that are thus obtained. Assuming that this time constant can be used as a quantitative index of peripheral circulation, the present study sought to prove the effectiveness in this diagnosis method of angiopathy.

  • 柴 建次
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 300-302
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

    "体内に埋め込む補助人工心臓などへの電力伝送の方法として,経皮電力伝送(Transcutaneous Enegy Transmission System; TETS)がある.皮膚の上に置いた送電コイルと,体内に埋め込んだ受電コイルの電磁誘導を用いて体内の補助人工心臓に電力を送る.しかしながら,患者が接地された導電性の板の上に仰向けに寝ている場合,送電コイルを貼り付けた胸部から,大地に接触している背部に,高周波の患者漏れ電流が流れる可能性がある.この患者漏れ電流の測定を行う際は,人体を抵抗素子で模擬するがこの値が明らかとなっていない.本研究では患者が接地された導電性の板に寝ている場合を想定し,胸部―背部間の人体模擬抵抗を求めた.方法として,男性成人のボクセル人体モデルの胸部と背中に,それぞれ円盤形状および板形状の導電プレートを貼り付け,胸部と背中間のインピーダンスを求めた.計算には,有限積分法を用いた.周波数はTETSの伝送周波数に相当する400 kHzとした.人体モデルは25個の臓器からなり,各臓器には400kHzの導電率と比誘電率を入力した.その結果,人体のインピーダンスは,22Ωであることが確認できた.患者漏れ電流の測定の際には,20Ω程度の抵抗素子を用いることで,人体を簡易的に模擬できることが確認できた."

  • 沢崎 薫, 中村 匡徳, 木村 直行, 川人 宏次, 藤江 裕道, 坂元 尚哉
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 303-304
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

    大動脈二尖弁を有する患者において上行大動脈内壁に通常より高い20Pa程度の壁せん断応力が作用することが明らかになっている.二尖弁患者は大動脈瘤や大動脈解離などの大動脈疾患の発症リスクが高く,異常な血行力学環境との関連が指摘されているがその詳細は不明である.大動脈疾患の病理的特徴の一つに,血管壁の中膜に存在する血管平滑筋細胞の表現型転換が挙げられる.健常な血管壁ではほとんどの平滑筋細胞が収縮能を発揮する収縮型を示しているが,病変部では血管壁のリモデリングを担う合成型を示しており,過剰なリモデリングが疾患発症の一因と考えられる.本研究では,血管壁を模擬した内皮―平滑筋細胞の共培養モデルを収縮型に表現型制御した平滑筋細胞を用いて構築し,高壁せん断応力が平滑筋細胞の表現型転換に及ぼす影響を調べた.高壁せん断応力負荷用に開発された平滑筋細胞を含む圧縮コラーゲン組織を表現型制御培地で7日間培養し,平滑筋細胞の収縮型分化を促した.組織上に内皮細胞を播種し1~2日間培養した後,2Paまたは20Paの壁せん断応力を24時間負荷した.その結果,静置培養および2Paに比べ,20Paの壁せん断応力負荷により,収縮型平滑筋細胞マーカータンパクであるαSMAおよびCalponin1発現の低下を確認した.本研究結果は生理的な値より非常に高い壁せん断応力が血管平滑筋細胞の表現型転換を引き起こす可能性を示唆する.

  • Yasuyuki Kataoka, Yukiko Fukuda, Jon Peterson, Iris Shelly, Joe Alexan ...
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 305-307
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

    Appropriate pharmacological intervention in the setting of acute heart failure (AHF) presents unique challenges for each patient. Early identification of patients who will not respond to pharmacological therapy alone would be crucial in the clinician窶冱 decision to provide additional therapy such as mechanical support. This paper proposes the concept of drug determined reachability, the maximum range that multiple drug infusions can span cardiovascular parameters. Our approach models how multiple drug infusion affects key cardiovascular parameters, while considering dosage limitations, multi-dependencies of multiple drugs, and nonlinear interaction of drugs to the gradient of the Frank-Starling Curve. The simulation of drug determined reachability sheds light on the effectiveness or limitation of closed-loop therapeutic systems for acute heart failure treatment depending on each patient窶冱 pathophysiological scenario.

  • Mana Yabuki, Tomohiko Utsuki
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 308-311
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

    In our laboratory, a mathematical model of the decision-making process was constructed and the individual differences of the process in gold trading were represented reasonably, and the learning process was indicated as the convergence of model parameters. However, the learning process in decision-making process has not been identified using a mathematical as far as authors know. Thus, in this research, the learning process was examined using the already constructed model which consist of proposal, integrator, and derivative elements and compared the individual differences in decision-making between in gold trading game and in forex trading game. According to the results, the learning process of all players were represented reasonably. Also, the individual differences in learning process were represented so clearly that the difference of difficulty in learning was grasped between in gold trading and forex trading.

  • 田中 雄次郎, 松永 大地, 田島 卓郎, 瀬山 倫子, 加藤 一聖, 永島 計
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 312-314
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

    核心部温度(CBT)は我々の体調に密接に関係している.しかし,食道や直腸内のセンサを留置する従来のCBT測定はユーザの行動制限や負担が大きい.そのため,皮膚に貼りつけたセンサで測定した皮膚温と熱流束から1次元熱等価回路を用いてCBTを推定する手法が提案されている.この手法は風等によって核心部から皮膚へ流れる熱が散逸されると大きな誤差を生じるため日常での測定は困難である.そこで,我々は機械構造設計で注目されているトポロジー最適化を応用し,数学的根拠に基づき風等による熱の散逸を抑制するセンサ構造を提案し,数値解析やファントムを用いた基礎実験で効果を実証してきた.今回は健常者7名に対して提案センサの推定CBTと鼓膜温を比較することで推定精度評価を行ったので報告する.センサ装着部位を選定するため額・胸・腹の3か所にセンサを装着した.実験は気温28 ℃,湿度50 %の環境で実験参加者が安静にした状態、風(風速1 m/s)を当てられた状態、軽い運動をした状態で行った.胸や腹に装着したセンサは風や運動時に鼓膜温と1 ℃程度の大きな誤差を生じた.一方,額に装着したセンサは風や運動時でも鼓膜温を精度良く追従(相関係数0.96,平均自乗誤差±0.1 ℃)した.提案する貼付け型センサは額に装着することで風等がある環境でも高いCBT推定精度が得られ,日常での深部体温モニタとして高い実現性を有していることを示した.

  • 山田 亨, 川口 拓之
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 315-317
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

     機能的近赤外分光計測(fNIRS)は、プローブの頭表配置のため必然的に皮膚血流の影響を被る。対策として、通常配置よりも近距離に追加プローブを導入して近距離ペアで皮膚組織由来信号を計測して、通常配置の信号との比較から脳組織由来信号のみを抽出する多重配置法が従来から提案されてきた。しかし、追加プローブが装着器具の構成を複雑・重量化し、装着の手間や時間もかかるため現状では普及していない。 この欠点克服のために我々は、照射/検出兼用プローブ2本を用いて、双方向の通常fNIRS信号、および各プローブ単独での照射/検出によりプローブ直下の皮膚組織由来の信号を計測し、両者の重み付け差分によって脳組織信号のみを抽出する「多重共役計測法」を考案した。二分岐ファイバープローブと島津製作所OMM-3000を用いてシステムを構築し、プローブペアを前額部に装着して、上半身前屈課題を行った際の信号変化を計測し、皮膚血流の影響除去について検証を行った。 既知のとおり双方向の通常fNIRS信号は前屈により吸光度増大を示した。プローブ直下でもこれと非常に類似した信号変動を示したが、その振幅は1/100倍程小さかった。重み付け差分のノルムを最小化する係数条件では良好に前屈による信号変動が除去できた。その他、シミュレーション結果、実験から分かった技術実装上の課題も含めた報告を行う。"

  • Go Ito, Shingo Otsuki, Ai Shimada, Hideomi Nakata, Hidehiro Nakahara, ...
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 318-321
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

    Abstract: In our previous study, low-frequency, short-duration high-intensity interval training (HIIT) was performed for 8-12 weeks in untrained healthy subjects (Once a week, 3 sets, less than 10 minutes total training time), and the results showed that regardless of training intensity, maximal oxygen uptake (VO2max) and exhaustion time during maximal exercise increased by 6-13% and 33-89%. However, it is not clear whether similar results can be obtained in athletes who perform strenuous exercise on a daily basis. The purpose of this study was to investigate the effects of HIIT at different intensities on cardiorespiratory function and exercise performance during maximal exercise in college athletes. The subjects were 13 male college student athletes. The training was determined for each individual using a ramp exercise test to determine the maximum load, divided into 80% (TG80%) or 90% (TG90%) intensity training groups. and conducted once a week for 8 weeks. The training consisted of three bouts of exercises to volitional fatigue at TG80% and TG90% maximum work rate. Regardless different of training intensity, increased VO2max (TG80%: +11%, TG90%: +12%) and maximal work rate during the ramp exercise test (TG80%: +13%, TG90%: +16%) in both groups were observed after HIIT (P <0.01). Maximal exhaustion time during the HIIT (TG80%: +110%, TG90%: +95%) was also significantly prolonged in both groups after training (P < 0.05). In conclusion, low-frequency for short-duration once a week HIIT improves cardiorespiratory function and exercise performance during maximal exercise for athletes, regardless of its training intensity. These findings will contribute to the development of new and optimal exercise programs for various age groups and people, even competitive athletes.

  • Takanori Uchiyama, Hirotaka Muto, Dai Urushido
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 322-324
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

    This study estimated the stiffness of the medial gastrocnemius muscle and ankle joint with decreased somatosensory input from the soles due to cooling. Two healthy young male volunteers participated in the experiment. The participants’ soles and the surface of the force plate were iced. Each participant stood quietly on the force plate. Electrical stimulation was applied to the medial gastrocnemius muscle. The center of pressure (COP) was measured with the force plate. The fluctuation of the COP due to electrical stimulation was extracted using a Kalman filter. The transfer function from the stimulation to the fluctuation was calculated using a system identification method. The poles of the transfer function were used to estimate the muscle and joint stiffness. The muscle and joint stiffness was decreased by cooling the soles.

  • 喜多 優輝, 柴 建次
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 325-327
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

     現在,重症心不全患者に使用される補助人工心臓(VAD: Ventricular Assist Device)に対して,ワイヤレスで電力を供給する経皮電力伝送システム(TETS: Transcutaneous Energy Transmission System)が研究されている.しかし,TETSの実用化のための課題として放射磁界が大きいことがある.放射磁界は周囲の電子機器に悪影響を及ぼすため,国際規格であるCISPRの制限値以下に抑制する必要がある.本研究では,体内外に配置した厳選した2枚のフェライト板を用いてTETSから発生する放射磁界を抑制することを試みた.本研究では,体内外のフェライト板とコイルの間隔を0.5 mmとし,体外のフェライト板のサイズを縦167.4 mm,横172.8 mmとしたモデルにおいてフェライト板なしに比べ最大8.65 dBμA/m の放射磁界を抑制することができた.しかし,本研究で得られた放射磁界の結果はどれもCISPR11クラスBグループ2の制限値である32.3 dBμA/mを上回っていた.今後はさらなる放射磁界抑制の方法として,フェライトを混入した布状のシートの導入や,逆位相のTETSを追加して放射磁界を打ち消す技術との組み合わせについても検討していく.

  • 飛田 歩美, 柴 建次
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 328-330
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

     体内埋込型補助人工心臓(VAD: Ventricular Assist Device)に,体外に設置した送電コイルと体内に埋め込んだ受電コイルを磁界共振させワイヤレスで電力を伝送する,経皮電力伝送システム(TETS: Transcutaneous Energy Transmission System)が研究されている.本研究では,受電コイルと送電コイルの間に中継コイルを挿入することで電力伝送距離を伸ばすことができるシステムを提案する.本稿では補償回路にDouble-LCC方式補償回路選択し,Mathematicaを用いて設計を行った.今回設計した回路では,入力インピーダンスは27.9 Ωとインバータの動作条件である20 Ω以上を満たし,また入力電圧も46.4 Vと,入力電圧の上限値である60 V以下を満たした.また,効率は19.4 %となった.今後は実機を試作し,実際に効率などの測定を行い,シミュレーションとの比較を行っていく.

  • 前川 七奈, 柴 建次
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 331-333
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

    従来の有線での体内埋込型補助人工心臓(VAD: Ventricular Assist Device)への電力伝送では感染症の危険性やQOLの低下等の様々な問題があるため,経皮電力伝送システム(TETS: Transcutaneous Energy Transmission System)が研究・開発されている.しかし,TETS動作時に生じる放射性妨害波が国際規格であるCISPR11(Group2,ClassB)を上回っているため,周辺の機器が誤作動を起こす可能性があり抑制が必要である.そこで本稿では,放射性妨害波を抑制するために従来とは異なる経皮電力伝送用のDouble-LCC方式補償回路を試作した.また,比較のため同じ送電コイルL1と受電コイルL2とを用いて,従来のSS方式補償回路も試作した.これらを用いたTETSで送電コイルに流れる電流IL1と放射磁界Hを測定したところ,Double-LCC方式補償回路ではどちらもSS方式補償回路の約2.1倍の抑制効果が得られた.したがって,放射性妨害波の抑制に適しているのはDouble-LCC方式補償回路だと考えられる.今後は,出力電圧V2を変化させるなどして放射性妨害波の更なる抑制を考えている.

  • 美和 あす華, 大塚 翔, 中川 誠司
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 334-336
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

    骨や皮膚,筋肉などの生体組織を介して音を聴取する方法を骨伝導という.骨伝導音はその一部が直接内耳に到達するため,外耳や中耳の障害に起因する伝音性難聴の補聴に利用されてきた.近年では,外耳孔を塞がない,耳栓装用時にも容易に聴取されるという利点から種々の音声コミュニケーション・デバイスへと応用されており,中にはスマートグラスのように顔面に刺激呈示を行うものも存在する.顔面は人体の中でも特に複雑な構造を持ち,呈示部位に依存した骨伝導音の聞こえの変化が見込まれるが,顔面部位への骨伝導音に係る報告はほとんど存在しない.一方,骨伝導知覚の特徴の一つに,外耳道を閉塞した際に低周波音のラウドネスが増大する現象,即ち「耳栓効果」が挙げられる.耳栓効果を効果的に利用することで低域の聞こえを増強できるため,低周波出力が不足しがちな小型オーディオ機器への応用が期待されている.本研究では,顔面(頬骨,鼻骨,眼窩下部,下顎角およびオトガイ隆起)における耳栓効果の特性の推定を試みた.各部における骨伝導音の知覚閾,および刺激時の外耳道内音圧から耳栓効果を評価し,従来部位(側頭骨の乳様突起,下顎骨の顆状突起,および前額部)との比較を行った.その結果,頬骨を除く顔面部位では従来部位以上の耳栓効果が得られることが明らかになった.また,呈示部位の解剖学的構造により,耳栓効果に影響を及ぼす伝搬成分が異なることが示唆された."

  • 上村 昂, 大塚 翔, 中川 誠司
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 337-339
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

    骨伝導は伝音性難聴者用の補聴器に利用されるが,一般に振動子は側頭骨の乳様突起に呈示される.また,健聴者向けのイヤホン等に応用される場合は,下顎骨の顆状突起に呈示されるものが多い.一方,近年のスマートグラスへの応用を図った例では,鼻根部等の顔面部位に呈示されるものも存在する.顔面は人体の中でも特に複雑な構造を有しており,他の部位にも増して呈示部位に依存した聞こえや伝搬特性の変化が見込まれるが,顔面に呈示された骨伝導音の知覚特性,伝搬特性の検討例はほとんど存在しない.本研究では,顔面頭蓋に呈示された骨伝導音の頭部内伝搬過程の解明を目的に,顔面頭蓋上の各部位(鼻骨,上顎骨の眼窩下部,頬骨,下顎骨の下顎角,および下顎骨のオトガイ隆起)への骨伝導刺激時に生じる外耳道内音圧と側頭部の表面振動の計測を行った.その結果,眼窩下部,頬骨および下顎角における各骨伝導伝搬成分の大きさは従来の刺激呈示部位(乳様突起,顆上突起,前額部)と同等であった.一方,鼻骨では外耳道内音圧,オトガイ隆起では振動が低下するなど,各骨伝導伝搬成分の大きさには顔面部位間の差異が観察された.顔面への刺激呈示を利用した骨伝導デバイスの開発においては,刺激部位毎の伝搬特性を考慮する必要があると考えられる.

  • 多々良 俊哉, 半田 知也
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 340-342
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

    【緒言】周辺視野へ提示された視標への反応時間を調べる方法の1つに,眼と手の協応運動の計測がある。この方法はパネル上に提示された視標を素早く手で押すことで被検者の反応時間を計測している。そのため,結果に差があった際に何の要素に原因があるか分析することができない点がデメリットである。我々は視線解析の技術を応用することで,視標提示から視線の移動までの時間を計測することを可能としたので報告する。【方法】対象は屈折異常以外に眼疾患を有さない19~21歳の大学生13名とした。測定には本研究のために開発したオリジナル機器 (nac Image Technology, Tokyo, Japan) を使用した。本機器では33 cm先の平面上に視標提示が可能であり,同時に被検者の視線が計測可能である。本研究では視標を36点提示し,それぞれの測定点に対する反応時間を計測した。測定した反応時間は,先行研究に従い6つのクラスターに分類し (上下および右上,左上,右下,左下) 一元配置分散分析を行った。【結果】各視標への反応時間 (平均値±標準偏差) は0.24±0.05 secであった。分類分けした6つのクラスターでの反応時間は右上が0.23±0.05,上が0.26±0.08,左上が0.25±0.05,左下が0.24±0.04,下が0.26±0.14,右下が0.26±0.12 secであった (P=0.933)。【結論】視線解析を応用した機器を使用することで,視標提示から視線移動までの時間を計測することが可能であった。分類した視野のクラスター間で反応時間に差はなかった。

  • Yuttamol Muangkram, Junpei Takita, Yukiko Himeno, Akira Amano
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 343-344
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

    Mathematical models have been used to describe the complex physiological processes of light response in photoreceptors for decades. However, the detailed model has not yet been invented. In this study, we aimed to construct a new photoreceptor model for estimating the chemical and electrical responses to a light stimulus. The proposed model was developed from our previous works (Takeda et at. 2021; Ito et al. 2017; Sato et al. 2017) based on the ionic current model of vertebrate photoreceptor incorporating the classical Goldman-Hodgkin-Katz constant field equation. The novel model successfully describes the biophysical processes of ionic current dynamics during the light responses. Furthermore, the changes in intracellular ion concentrations are in good agreement with theoretical works and experimental data. This study provides an effective framework for future experimental studies and serves as a powerful guideline for better understanding of the pathophysiology of the retina and improving the new treatment studies.

  • 安田 圭吾, 吉本 佳世, 高橋 洋介, 柴田 利彦, 高橋 秀也
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 345-346
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

    僧帽弁閉鎖不全症の治療法の1つである僧帽弁形成術では,逸脱・膨張した弁を切除したうえで弁輪を支えるために人工弁輪と呼ばれる補強材料を直接弁に縫い合わせることで弁の機能を回復させる.人工弁輪のサイズは手術中に計測器具を挿入して決定している.しかし,近年盛んに行われている小切開低侵襲手術においては計測器具の挿入が難しいという問題がある.そこで本研究では,手術中にマーキングした領域の面積を術者に提示することにより,人工弁輪のサイズ選定をサポートするシステムを提案する.まず,ステレオ内視鏡から得たカラー画像から分光反射率を推定しマーカ部分を抽出する.マーカと臓器表面は分光反射特性が異なるため,波長ごとの反射率を用いることで精度よくマーカの部分の抽出が可能である.次に,ステレオ法を用いてマーカ領域の3次元情報を推定する.最後に,取得した3次元形状に基づいてマーカ部分の面積を算出する.提案手法の有効性を確認するために,カメラアングルを変えて撮影した画像から面積の算出を行った.設定した面積236,276,319mm2 に対して提案手法を用いて計測した面積は232±1.47,285±2.69,328±3.25mm2 であり,サイズ選定に十分な測定精度であることを確認した.このシステムにより,手術中に計測器具を挿入することなくサイズ選定が可能であり,手術時間の短縮が期待される.

  • 長尾 幸子, 岡田 法大, 杉谷 康雄
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 347-349
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

    【目的】本研究は、加速度計データを解析することで糖尿病患者における身体活動量と身体活動パターンを理解することを目的とした。【手法】National Health and Nutrition Examination Survey (NHANES)の2013年から2014年の調査の参加者のうち、質問表の「今まで医師に糖尿病であると言われたことがある」の項目で「はい」、「いいえ」と回答した20歳以上の計3806人を対象とした。3軸加速度計ActiGraph GT3X+で測定され、MIMS単位に変換された7日間のデータのうち、日曜日の24時間のデータを用いて身体活動量を解析した。【結果】身体活動量として、1日のMIMSの合計で対象者を区分し、3806人を対象集団として年齢調整有病率比を計算すると、MIMSの合計が多い群では糖尿病有病率比が低かった。身体活動パターンとして、日内のMIMSの分布に対して階層的クラスタリングを行い対象者を区分すると、16時にMIMSのピークを示す群で糖尿病有病率比が低かった。糖尿病を目的変数としてロジスティック回帰を行ったところ、身体活動量と身体活動パターンの両方を説明変数に加えたモデルの曲線下面積は片方を加えたモデルよりも高く、BMIを説明変数に加えたモデルと同等だった。【総括】糖尿病患者に特有の身体活動量と活動パターンの組み合わせが存在する可能性がある。

  • 野崎 善喬, 黄 晨暉, 福司 謙一郎, オウ シンイ, 二瓶 史行, 梶谷 浩司, 中原 謙太郎
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 350-352
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

    近年,Inertial Measurement Unit (IMU) を用いた歩行分析に関する研究は数多く報告されている.その中でもHeel Contact (HC) イベントの検出は基礎的で重要なタスクである.IMUを用いたHC検出法は従来多数報告されており,加速度波形の閾値検出やピーク検出で行うことが一般的であるが,歩行パターンによっては検出に失敗する場合が多かった.そこで本研究ではHCのロバストな検出アルゴリズムとして,Triangle Threshold法を提案する.今回開発したTriangle Threshold法は,進行方向加速度の最大減速ピークと立脚中期点を基点とし,形成される三角形の面積が最大になるタイミングをHCと見なすことで,HCで生じる加速度の急峻な変化点を検出する手法である.本研究では,インソールの土踏まず部に装着されたIMUを用いて,10人の健康な被験者,217ストライドの進行方向加速度波形を用いて精度検証を行った.その結果Triangle Threshold法を用いると,99.5%以上の確率でHCを検出することに成功し,そのうち94.9 %は手動でアノテーションされた特徴点と完全に一致した.これらの結果から,今回提案したTriangle Threshold法は安定かつ高精度にHCを検出する手法として,歩行データの収集や分析処理に有用であることが分かった.

  • 大宮 康宏, 高野 毅, 水口 大輔, 中村 光晃, 樋口 政和, 篠原 修二, 宗 未来, 徳野 慎一
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 353-355
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

    コロナ禍においては、生活様式が大きく変化し、それに伴う不安やストレスの増大も少なくなく、これまで以上にメンタルヘルス不調が問題となっている。新しい生活様式では、人との接触を減らす取り組みが進められており、音声を用いた分析は、手軽にかつ遠隔的に行えるという利点があり、モニタリングにも有効である。本研究では、我々の先行研究において報告した、音声から覚醒度を表す指標ALVI(Arousal Level Voice Index)による大うつ病患者を対象とした抑うつ状態評価の妥当性について検討する。ALVIは、PST株式会社の提供する音声解析サービス「Cloud Analysis WebDK」において、MDVI指標と、その中間指標HE(hurst exponent)およびZCR(zero crossing rate)として解析される。本研究では、都内にある病院を受診した大うつ病患者33名の2回の音声解析と抑うつ状態を評価する自記式質問票の結果を用いた。音声解析には、診察室で13種類の定型文を読み上げた音声から解析したMDVI、HE、ZCRを、自記式質問票には、BDI(ベック抑うつ質問票)およびPHQ-9(Patient Health Questionnaire)の結果を用いた。分析では、音声解析結果と自記式質問票とのスピアマンの順位相関分析を行った。相関分析の結果、MDVIとBDI、MDVIとPHQ-9、HEとBDI、HEとPHQ-9、ZCRとBDI、ZCRとPHQ-9のスピアマンの相関係数は、それぞれ-0.278、-0.149、0.283、0.336、-0.451、-0.345であった。この結果、音声解析と自記式質問票の6つの組合せの内5つにおいて、少なくとも弱い相関(|r|>.2)が見られたことから、音声による抑うつ状態評価の有効性が示唆された。

  • Wenfei Fan, 永島 史也, 鶴岡 典子, 芳賀 洋一
    2022 年 Annual60 巻 Proc 号 p. 356-358
    発行日: 2022年
    公開日: 2023/05/12
    ジャーナル フリー

    本研究は簡便で負担が少なく、日常生活において長時間連続的に計測できる血圧計測を目的とする。ウェアラブルデバイスとして、超音波血管径センサを用いて手首付近の2点の血管径の変動から脈波を計測し、2点間の脈波の到達時間差から脈波伝搬速度PWVを算出し、血圧を推定する方法を提案した。MEMS(Micro Electro Mechanical System 微小電気機械システム)技術を用い、超音波血管径センサを作製した。血管モデルとして人間の血管と似た弾性と摩擦の特性をもつPVA-H(ポリビニルアルコール ハイドロゲル)チューブ(内径3 mm、外径5 mm)を用いた。血管モデルの初期内圧を変化させ、単発の脈波を加えた際のPWVを測定し、血圧(内圧)を推定した。 結果よりPWVから血圧を推定することが可能であることを確認した。

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