【背景・目的】我が国では3D MRI画像から内側側頭部脳領域の萎縮度を評価するVSRADが脳ドック等で広く使われてきた。2020年に発売されたSYNAPSE VINCENTの脳区域解析アプリは脳と脳脊髄液をAIで26区域に自動分割できる。2022年より運用が始まったクラウド型AI開発支援サービスSYNAPSE Creative Space (CS)は特定関心領域を抽出し、病的所見の有無を自動判定するAIを医療者自らが作成できる。これらを活用した医療・脳ドックの未来を紹介する。【方法】健常成人133人に3T MRIで3D T1-MPRAGE画像を撮影。脳区域解析アプリで、前頭葉、頭頂葉、側頭葉、後頭葉、海馬、小脳、脳幹等21領域と、各脳室、くも膜下腔の5区域に自動分割、体積割合を算出し、局所脳と髄液の加齢性変化を検証。SYNAPSE CSで特発性正常圧水頭症(iNPH) に特徴的な画像所見DESHを自動判別すべく、頭蓋内CSF、脳室とくも膜下腔2領域の領域分割と脳室拡大(VD)、高位円蓋部・正中くも膜下腔狭小化(THC)、シルビウス裂開大(SFD)の自動判定を推論。【結果】20歳以降加齢とともに大脳皮質灰白質は直線的に減少し、大脳辺縁系等の皮質下灰白質は維持され、白質は40代までわずかに増加後、急速に減少。一方、くも膜下腔は直線的に増加し、脳室は60代以降に増加。SYNAPSE CS によるiNPHのDESH、VD、THC、SFDの定量的自動判定は十分な精度であった。【結語】従来、「脳委縮」や「DESH」は医師の主観で評価されてきたが、今後はAIを活用した各脳区域の体積割合による脳委縮やDESHの自動判定など、数値で客観的に評価される。

【背景】

高齢化に伴い、心筋梗塞や弁膜症によって慢性心不全に陥る患者が増加している。慢性心不全患者に対して、退院後も体重や血圧を測定して記録するように指導しているが、有効性は限定的であり、1年以内に約40%の患者が再入院を要している。現在、我々は在宅の慢性心不全患者のⅢ音と呼ばれる心不全に特異的な心雑音を検出するために、時計型ウェアラブルデバイスとソフトウェアを開発している。

【目的】

開発したデバイスとソフトウェアを実際の入院中患者に対して使用し、Ⅲ音の検出精度を検証すること

【方法】

2022年1月から4月に大阪大学医学部附属病院に心不全のため入院していた患者を対象とした。デバイスとスマートフォンを３日間貸し出し、1日3回ずつ心音を収録した。データはスマートフォンアプリとサーバーに送信された。 専門医のⅢ音判定結果を正解データとしながら、我々の解析アルゴリズムのⅢ音検出感度と特異度を算出した。

【結果】

11人の患者が本臨床研究に参加した。年齢の中央値は 65 歳。Ⅲ音は、専門医によって3人の患者で検出された。我々の解析アルゴリズムは、専門医の正解データに対して80%の感度と特異度を有していた。すべての参加者は、3 日目にデバイスを自力で操作できた。

【結論】

我々のデバイスとソフトウェアは、専門医と同等の精度でⅢ音を検出した。在宅患者の生体情報を集め解析することは、心不全治療の新しい選択肢となりうる。

Skin blotting is a technique that is used to non-invasively collect molecules, such as proteins, nucleic acids, and other compounds, from the interstitial fluid of the skin. To date, our research group has attempted to develop self-monitoring methods using skin blotting for several skin disorders. In this lecture, I introduce a skin blot examination for tumor necrosis factor and adenosine triphosphate to identify latent skin inflammation due to ultraviolet irradiation and cellular damage of the skin due to pressure loading, respectively. These achievements contribute to developing self-monitoring methods for the early detection of skin abnormalities and their prevention.

世界保健機構WHO（２０２０年）は，「身体活動による介入は　認知機能正常の成人に対して認知機能低下のリスクの低減のために推奨される（エビデンスの質　中；推奨の強さ，強い）」とし，1週間で150分～300分の中強度（もしくは75分～150分の高強度）の有酸素運動を行うことを推奨した（7.5～15METs・時／週に相当する）．座位行動は最小限にとどめて、代わりに低強度でも問題ないので運動を取り入れる，としている．健常成人の認知症予防のため，手軽に利用できる様々なツールがあることが望ましいと考える．筆者らは，足踏み運動によって自分の好きな楽曲が演奏できるシステムを１つの候補と捉え，魅力的なツールとなるように，どのように具体的に構築するのか，検討を継続している．基本的な考えは次の通りである．(a)認知症予防に関して身体運動，楽器演奏の効果のエビデンスがあり，この先行研究に基づく．(b)演奏初心者が容易に演奏できる電子楽器Cymisを開発しており，それを基本にして実行可能なシステムの枠組みを作成する．(c)解決すべき課題を明確にし，その具体的な解決法を策定する．本報告の目的は，システム構築のための概要を説明し，オーガナイズドセッションにおける意見交換の資料とすることである.

This paper presents the VR Locomotion Chair, a chair-like device for moving around in virtual reality environments. The chair, which is equipped with leg, back, and rotation sensors, allows the user to move freely in virtual spaces by pseudo-walking while sitting in the chair. In a demonstration of the first prototype to about 30 participants, the chair appeared to be intuitive and fun to use, regardless of age or gender. The VR Locomotion Chair can be used not only for any VR game, but also for healthcare activities such as Cognicise, which combines cognitive training and physical exercise simultaneously and is considered effective in improving the physical and cognitive function in the elderly.

　我々は、低侵襲なレーザー皮膚治療の開発を目指し、近赤外パルスレーザー照射によるラット真皮中コラーゲン密度の変化の定量評価を行った。現行のレーザー皮膚治療では、真皮中の水を主な吸収体とした光熱作用により、皮膚の質感やしわの改善が見られるが、線維芽細胞や神経細胞の熱的障害と痛みなどが問題である。我々は、コラーゲンの吸収係数が水の吸収係数を上回る近赤外波長のSelective Photothermolysisを応用し、コラーゲン選択加温による熱的障害を抑えた低侵襲皮膚治療を提案している。

　本研究では、レーザーのパルス照射によりコラーゲンを選択的に加温することで、低侵襲にコラーゲン発現量を増加させる照射条件を明らかにすることを目的とした。麻酔下でラット腹側皮膚に対し、現行のレーザー皮膚治療に用いられているCO2レーザーおよび波長1480, 1550, 1690 nmの近赤外パルスレーザーを照射した。照射条件はピークパワー1 W/cm2、パルス幅100 µs、照射時間5 min、放射照射量60 J/cm2とした。光照射3日後に犠牲死させ、摘出した皮膚組織からマッソントリクローム染色標本を作成した。レーザー照射部位および非照射部位のコラーゲン密度を定量化し比較するために、RGB画像を用い、真皮領域のBlue成分の平均輝度を指標とした画像解析を行った。波長1500 nmのレーザー照射によるコラーゲン平均増加率は28％とCO2レーザー照射時の20％を上回る結果が得られ、皮膚表面に熱的損傷をきたすことがなく低侵襲であったことが示唆された。

背景：人工呼吸療法において、挿管チューブのミスマッチや屈曲、気道分泌物の付着などは、気道抵抗の増大と共に患者苦痛の原因となり、各種モニタリング指標へ影響を及ぼす場合がある。

目的：気道抵抗による呼吸負荷が循環呼吸動態や心拍変動周波数解析から得られる指標へ与える影響を分析し、既存指標の有用性を再検討する。

方法：20代の健常男性10名に対して、呼吸抵抗をシミュレーションする回路「Ozacuit SimpleTM」で負荷実験を行った。安静座位5分間の後、気道抵抗を付加した呼吸を5分間行い、ベッドサイドモニタと心拍変動測定器で各種生体情報を計測した。

結果：呼吸数は安静座位時16.7±2.2 /minが呼吸抵抗負荷時4.9±1.4 /minへ有意に減少した。SpO2は安静座位時98.3±0.9%が呼吸抵抗負荷時96.8±1.1%へ有意に低下した。LFpower(msec2)およびLF/HFは、コントロール時に対して呼吸抵抗負荷時で有意に増加した。血圧や心拍出量(esCCO)等の循環指標には有意差が見られなかった。

考察：コントロール時の呼吸頻度0.28±0.04 Hzに対し、呼吸抵抗負荷時は0.08±0.02 Hzであるため、気道抵抗付加によるLF成分(0.04-0.15 Hz)の増加は呼吸性変動によるものだと考えられる。

結語：心拍変動周波数解析から呼吸動態を計測でき、患者の苦痛を示す評価項目として利用できる可能性が示された。機械学習等の手法を用いて心拍変動をリアルタイム評価できれば、その有用性はより高くなる。

We utilized a CITREX H5 flow analyzer to examine the differences in leak compensation between volume control ventilation (VCV) and pressure control ventilation (PCV) for ten ventilators (five types) using a lung model. The leak points were compared between the flow analyzer and model the lung (ventilator-side), and between the respirator and the CITREX analyzer (patient-side). The amount of change in inspiratory tidal volume for VCV and PCV between the patient-side and no-leak conditions (median [25th-75th percentile]) were -194 (-217, -26) mL and 0 (-1, 6) mL, respectively, and the amount of leakage (i.e., difference between ventilator-side and patient-side conditions) were 573 (543, 583) mL and 522 (520, 533) mL, respectively. The amount of correction (i.e., difference for VCV and PCV between ventilator-side and no-leak conditions) were 360 (339, 545) mL and 526 (520, 534) mL, respectively. Thus, there is a large difference in leak compensation between the ventilators in VCV.

The novel noninvasive method to diagnose microvascular lesions has been developed using time constants obtained from a radial artery pulse (RAPW) and photoplethysmogram (PPG) utilizing the Windkessel model. There are two methods for measuring RAPW : The first is reflectance photoelectric and the second is air conduction. The purpose of this study is to investigate which method was better. Time constants were calculated from each frequency component, with fixtures attached to the palm and forearm. Pressure applied to the RAPW sensor was varied 6 points. Furthermore, the time constant calculability rate and variation rate calculated when the optical and air conduction sensor were used. The maximum value of the calculability rate for the former and latter were 88% and 100%, respectively. The minimum value of variability of the time constant was 18% and 11% for the former and latter, respectively. The results demonstrate that air conduction was the superior method.

肺コンプライアンスは肺の拡張のしやすさの指標で、換気量と胸腔内圧の変化量の比（L/cmH2O）で表わされる。新型コロナウイルス感染などによる間質性肺炎や肺線維症では、肺の拡張が障害されて肺コンプライアンスが低下するとされている。しかし、その算出には胸腔内圧を計測する必要があり、食道にバルーンカテーテルを挿入して計測された食道内圧をもって胸腔内圧とする方法がとられている。食道カテーテルは被験者の肉体的負担が大きく、挿入部位によって測定値が異なるなど、再現性に問題があるため、肺コンプライアンスの計測は臨床では実施されていない。今回我々が提案する方法は、閉鎖式高頻度人工呼吸器（一般名Intrapulmonary Percussive Ventilator、以下IPV）を用いて、気流量と口腔内圧のデータから胸腔内圧を推定して肺コンプライアンスを算出する方法である。いわゆる高頻度換気療法に使用される装置は開放型が一般的であるが、IPVは高頻度（1－5Hz）でジェットを送気する際に排気弁が閉鎖するしくみになっており、肺末梢の排痰補助に有用である。我々は、IPV施行中の気流量と口腔内圧、食道内圧を同時計測し、口腔内圧の変化から胸腔内圧を推定できることを見出した。　さらに、口腔内圧から推定された胸腔内圧を用いて算出した肺コンプライアンスと気道抵抗の値は妥当な値であることを確かめた。IPVも圧流量計もすでに臨床で使用されている装置であるので、新たな呼吸機能検査法として期待できる。

Intensity-modulated radiation therapy (IMRT) is an advanced radiotherapy technique to deliver high doses to a target tumor without damage for normal tissues. Our research group has presented a method for solving multi-objective optimization problems of IMRT treatment planning with handling dose-volume constraints directly. The proposed method, which is an iterative algorithm derived from the discretization of a continuous-time dynamical system, is similar to that of the maximum-likelihood expectation-maximization (MLEM) method in computed tomography. In this presentation, we give two types of iterative formulae different from MLEM-type for obtaining solutions of a high-precision IMRT planning. The continuous analogues of algorithms for both types, referred to as power-divergence extended EM (PDEM) and multiplicative algebraic reconstruction technique (MART), guarantee the convergence to an equilibrium corresponding to the desired IMRT planning due to the Lyapunov stability theorem. The performance and properties of the proposed formulae of PDEM- and MART-types are discussed through numerical experiments.

アミロイド線維は臓器に沈着すると機能障害を引き起こす．このアミロイドーシスの診断は，生体組織検査で臓器の一部を採取し，病理標本をコンゴーレッド染色するところからはじまる。病理医は偏光顕微鏡を用いてこの病理標本を観察して確定診断を下す．しかし，これまでの方法は，コンゴーレッド染色液自体の発がん性への危険度や膠原線維の共染，そして，診断結果が出るまでに時間を要することが指摘されており，無染色状態でのアミロイド線維の迅速な検出が求められている．本研究は，従来法の偏光度計測よりも高感度に直線偏光度をイメージングできる手法を独自に開発し，アミロイド線維が沈着した箇所の直線偏光度が筋線維に比べて0.3%だけ高くなることを明らかにした．従来まではコンゴーレッド染色の架橋によって生じる複屈折を偏光顕微鏡によって観察するにとどまっていたが，直線偏光度を高感度に検出する本手法によって，各線維で生じる直線偏光度のわずかな変化を検出できるようになった。我々の結果は，アミロイド線維とその他の線維を直線偏光度で分類することを可能とした．これはアミロイド線維の無染色検出の新たな可能性を示している。

　近年，様々な場面で創造性を発揮することが求められ，創造性を強化したいというニーズが増している．先行研究では，創造性が高いとき脳のアルファ波帯域のパワーが強くなることが示唆されている．一方で，脳のアルファ波を意図的に高めることで創造性も高まるのかは分かっていない．

　本研究は，音を用いた脳波ニューロフィードバック (NF)トレーニングによってアルファ波を意図的に高めることができるのか，さらにアルファ波を高めることで創造性も高くなるのかについて調べた．

　精神疾患のない成人10名(年齢:20-50代，女性:6名)に対して，アルファ波を高めるNF課題と，弱めるNF課題を15分間ずつ行った．各NF課題実施後，10分間のトーランス式創造性思考テスト(TTCT)を行った．　

　実験の結果，10名中7名がNFによってアルファ波の強さを意図的に変化させることに成功した．また，全被験者のNF終了前1分間のアルファ波の強さとTTCTの流暢性に正の相関(rs=0.46, <0.1)が見られた．本研究により，NFによってアルファ波を意図的に高められることが示された．さらに，アルファ波を意図的に高めることで，その後の創造性も高まることが示唆された．今後は，音だけでなく様々なモダリティを通してユーザーの創造性を高める，より実用的なNFシステムの構築を目指す．

​​* 本研究は，DAIKIN共同研究費の支援を受けて行われた．

　我々は生体内反応活性化を引き起こすフォトバイオモジュレーション (PBM) を利用することで低侵襲なパーキンソン病 (PD) 治療の実現を目指す。病理学的観点で見たPDは、リン酸化したαシヌクレインを含むレビー小体が特徴であり、ドパミンの分泌低下で運動機能障害を引き起こす。PBMは低出力レーザーを生体に照射することで、細胞破壊を伴わない生体刺激反応から様々な効果を得る方法である。我々は、生体へのPBMで有効とされる波長664-1064 nmのレーザーを用い、ミトコンドリアの活性化による細胞内でのATP産生増加を期待し、それに伴うPDの正常細胞増加が可能であると考えた。

　本研究では、パーキンソン病モデル細胞としてαシヌクレインを過剰発現させたSHSY-5Yヒト神経芽細胞腫に対するPBMの効果および有効条件を明らかにすることを目的とした。マイクロプレートに培養した神経芽細胞腫に対して、波長664, 808, 1064 nm, 放射照度100 mW/cm2のレーザーを450, 900 sの条件で照射をした。レーザーによる影響を評価するために、光照射48時間後にPD関連物質であるリン酸化αシヌクレイン、αシヌクレイン、チロシンヒドロキラーゼをウエスタンブロッティングにより定量した。波長1064 nmの照射によりリン酸化αシヌクレインが約40%の減少、チロシンヒドロキラーゼは約30％の増加が見られた。以上より、波長1064 nmのレーザー照射をすることで、αシヌクレイン凝集体の凝集力低下とドパミン産生促進の可能性が示唆された。

我々は、血管カテーテルインターベンション後のシース抜去孔止血において、簡便かつ即時的に高い機械的強度を実現可能なレーザー溶着の開発を目的としている。血管カテーテルインターベンションではシースが血管に長時間穿刺留置されるため、シース抜去後にできるシース抜去孔は自然に閉塞しない。用手的圧迫止血法や閉鎖用デバイスが用いられるが、止血部の機械的強度の低さや手技の複雑さなどの問題点があり、未だに最適な止血方法が確立されていない。我々は、レーザー照射により組織内のコラーゲンを60°C付近まで加熱し、可逆的な変性によるコラーゲン溶着を用いたシース抜去孔閉鎖を提案している。

　本研究では、摘出ブタ頸動脈に対するレーザー溶着において血液が与える影響および最大の溶着効果が得られる照射条件の検討を目的とした。血液で浸した摘出ブタ頸動脈に対して波長1064 nmのレーザーを照射しサーモグラフィにて血管表面温度の経時変化を測定した。血液に浸した血管では生理食塩水に比べ温度の上昇量が43°C大きかった。また、張り合わせた摘出ブタ頸動脈に血液中でレーザー照射を行い、溶着強度試験系にて引張せん断応力を測定した。放射照度0.2, 0.4 W/mm2において蓄積エネルギー密度がそれぞれ25, 10 J/mm3で最大の溶着強度を得た。レーザーによるコラーゲン溶着を利用することでシース抜去孔に簡便かつ即時的に高い機械的強度を与えることができる可能性が示唆された。

【背景・目的】現在、手術用縫合糸に関する研究は、主に材料物性、構造解析、In vitroシミュレーションとなる。In vivo実験の場合は、実験対象の脈動、撮影設備の低い分解能などの原因で、ほぼなされていない。しかし、In vivo実験の高い正確性はIn vitro実験が代われないことである。我々は高速、高分解能のメリットを持つ光コヒーレンストモグラフィ（OCT）技術を用いて、縫合糸のIn vivo実験を行った。【方法・対象】モルモット（Slc:Hartley　雌性　四週齢）とヌードラット（HWY/Slc 雄性　十週齢）それぞれ一匹使用し、背中に二箇所約1.5cm切開し、6-0号吸収性（PLA/PCL）、非吸収性（PVDF）縫合糸で約3.5mmの間隔で四針縫合した。その後、THORLABS TELESTO320型Spectral Domain OCTを用いて、週に一回、8週間の観察を行った。パラメータは648×415（X×Z axial）pixels, 両方向共に3.47μm/pixelである。【結果】繊維自身の屈折率の違いのため、非吸収性縫合糸に強い反射信号が現れ、皮膚組織に近い白色に見られる。吸収性縫合糸は空気に近い黒色に見られる。時間経過に伴い、両方共に組織増殖の部分が確認され、非吸収性縫合糸における増殖部分は主に角質細胞と推測される。吸収性縫合糸の場合は時間経過に伴い、色褪せることを確認した上、増殖部分には乳酸単体や染料など、縫合糸の分解物も存在する。繊維の非晶質も増えて、光を反射させたため、屈折率が一部向上し、強い反射信号が見られた。

We have developed the wearable ground reaction force measurement system, however, the number of sensors, twelve, was considered to be large because the estimation error of test data rather increased by adding the explanatory variables. This study objected to confirming the proper number and positions of the sensors. We tried all the combinations of the twelve sensors to use as the explanatory variables. Test subjects were eight; half was teacher data and the other was test data. As a result, the estimating error was the minimum with eight sensors, removing two sensors on the lateral mid-foot and one on the lateral heel. The root mean square error was reduced from 5.90kgf to 4.71kgf. The proper number of sensors might be nine. Still, it might not be enough to use eight test subjects. Our next task is to extend the test subjects to confirm the result.

骨伝導は伝音性難聴者用の補聴器や，騒音下でも利用可能なヘッドホンに用いられている．しかしながら，骨伝導デバイスには一方の耳に呈示した音が対側耳にも届く現象，即ち“クロストーク”が容易に生じるという問題がある．クロストークは音像定位や騒音下での会話理解の低下を招くことが知られており，対策が求められる．本研究では，2つの骨伝導振動子と加速度センサを使った，骨伝導音のクロストーク・キャンセリング手法の開発と検証に取り組んだ．一方の乳様突起上に設置した加速度センサによって，対側の振動子から到来するクロストークを計測した．また，同側の振動子から逆位相音を発生させることでクロストークの低減を図った．提案手法の有効性を検証するため，聴覚健常者7名において，対側からノイズ，同側から試験音を呈示した場合の聴覚閾計測を行い，その結果をクロストーク・キャンセリング有り/無しの2条件において比較した． クロストーク・キャンセリング無し条件と比べ，クロストーク・キャンセリング有り条件では，聴覚閾の改善が示された (250 Hz：p < 0.05，315 Hz, 397 Hz：p < 0.001)．蝸牛からやや離れた乳様突起に設置した加速度センサの計測値を基に設計したにも関わらず，クロストーク・キャンセリングの効果が認められた (250 Hz：p < 0.05，315 Hz, 397 Hz：p < 0.001)．この結果は，クロストークキャンリング技術を用いることで，骨伝導デバイスの性能改善が図れることを示している．

拡張現実感技術の発達により，病変検出力に優れるMRI画像を術中の患者体表に重畳する手術支援技術が注目されている．しかし，乳房MRI画像は一般に伏臥位で撮影され，手術時の体位である仰臥位と異なるため，医療現場では伏臥位MRI画像の仰臥位への変換が求められている．姿勢変化に伴う乳房変形をシミュレーションする手法として有限要素法が挙げられる．しかし，乳房変形の完全なシミュレーションは困難であるため，実際の乳房データを用いて変形情報を補うことで，より高い精度で変換を行うことが出来る．本研究では，診断時に広く用いられる仰臥位CT画像の情報を用いて，乳房の有限要素モデルを伏臥位から仰臥位に変換する．提案手法では，伏臥位乳房MRI画像から有限要素モデルを作成し，仰臥位CT画像から表面，胸壁データ，血管の分岐点の情報を抽出する．これらの情報を基に有限要素モデルを変形することで仰臥位への変換を行う．本手法による体位変換の効果を検証するため，伏臥位MRI画像と仰臥位CT画像を撮影したデータ4症例に対して，提案手法を適用し，伏臥位乳房モデルを仰臥位に変換した．その際，提案手法により変換したモデルと，表面，胸壁データのみ用いて変換した場合のモデルで，血管の分岐点の位置合わせ誤差を比較した．その結果，表面，胸壁データのみ用いた場合約23.4mmであった位置合わせ誤差が約18mmに減少し，提案手法による内部の位置合わせ効果が確認された．

早産児は正期産児と比較して，低身長かつ低体重であるため身体が未発達な状態であり，心身の発達にも影響を及ぼす．また，早産児は正期産児より痛みや負荷の閾値が低いことが報告されており，NICUでの処置による痛みは脳の発達障害の一因になるとされている．一方で，新生児が感じる負荷の計測に関するデータは不足している．したがって，早産児に加わる負荷を推定することが重要である．このため，体動を抽出することにより，新生児の心身負担の時間を算出できることから新生児の24時間動画計測に着目する．本研究では，まず，新生児への介入時間割合が新生児への負担を高めるかを確認するために，保育器内の早産児の24時間の動画から処置やケアが実施されている時間，新生児が一人で眠っている時間を分類する手法を提案する．研究対象者は4名の早産児である．カメラは保育器外の上部に設置し，24時間，早産児の状態を撮影した．動画から早産児の体動量を算出し，算出した体動量に対して高速フーリエ変換を行った．新生児以外の動作では新生児のみの場合と比較して高い周波数のパワーが強いことを確認した．これは新生児の処置時間の特徴をよく表していることが確認できた．加えて，目視により，動画内での処置の有無の時間帯を手動分類を行いこれを正解データのラベル付けとした．体動量と高周波帯域のパワーを学習データとして，機械学習を行い，「処置あり」「処置なし」に分類した．

筋収縮のために脳から発出する運動指令（セントラルコマンド）は、全身の循環系を制御して目的筋に血流を再配分する自律神経系の応答を引き起こし、強い張力の発揮や運動の円滑性に貢献する。 セントラルコマンドの大きさは、負荷や発揮する張力とは無関係に個人の努力感や疲労感によっても変化し、対象筋へ意識を向けることで増大すると考えられている。本研究では生体深部の血流動態を非侵襲的に計測可能な拡散相関分光法と脳波・心電図・筋電図 を用いて、運動させる筋への意識の差が対象筋の血流動態や電気生理学的応答に与える影響を評価することを目的とした。健常者10名を対象として、対象筋（利き手の橈側手根屈筋）を見ながら運動感覚想起を行う高意識条件と、対象筋から視線を外して運動感覚想起を抑制する低意識条件 で一定強度の手首の屈曲運動（2秒収縮・2秒弛緩）を2分間行った。運動による心拍数の変化率は高意識条件において、低意識条件よりも有意に増大したが、 運動関連脳活動に有意な差は見られなかった。また心拍数の変化率と筋電位・筋血流の増加量 にはそれぞれ正の相関があった。 運動意識はセントラルコマンドを増大させ、自律神経活動に影響を及ぼすとともに、より強い筋収縮が促された結果、筋血流量が増大したと考えられる。これらの結果は筋力向上や末梢循環の促進を目的としたリハビリテーションにおける、対象筋を意識しながら行う随意運動の有用性を示唆する。

近年、超高齢社会を迎えた日本は労働者の高齢化が進んでおり、農作業など体に負担が掛かる作業への対策が求められている。この体に負担が掛かる作業の一つに上肢を拳上し維持した状態で行う作業があり、この対策として、上肢を任意の位置で保持したまま行う作業をアシストする装置が開発されている。しかし、これらの装置には、装置全体が大型であり使用可能な作業現場が限られてしまうものが多い。一方、簡単な機構でアシストが可能な装具も開発されてはいるが、上肢の保持位置が限定されており任意の位置で保持することはできないという問題点を有している。そのため、双方の利点を生かした上肢サポート装具が開発できれば様々な作業現場での使用に対応できるのではないかと考え、本研究ではEAM（Electro Attractive Material：電気的吸引材料）という機能性材料を用いた回転型EAMブレーキを応用することとした。このブレーキは円形のEAMを円盤状の電極で挟みシャフトを通した構造で、シャフトに連動した回転電極の回転に対して印加する電圧の値に応じた制動力の発生が可能な電圧制御型ブレーキである。今回、腰に装着したこのブレーキの軸と腕を柔軟なワイヤーで接続し、制動力で腕を任意の位置で保持するというコンパクトな構造で装着も簡便なウェアラブル上肢サポート装具を開発したので、その構造と動作確認結果について報告する。

Advances in neuroscience relating to functional connectivity and brain networks have been applied in emotion classification. Studies on the former mainly use a connectivity matrix to construct brain networks. However, connectivity matrices used in these methods cannot effectively utilize the spatial information of brain networks. We proposed a method which uses two novel operations called functional connectivity network product (FCNP) and functional connectivity network self-product (FCNSP), which can construct brain networks containing spatial information of electroencephalographic (EEG) data by using a channel distribution. The generated brain networks can provide additional spatial information for a classifier without increasing any feature dimensions. We constructed two types of brain networks by using the conventional connectivity matrix and the proposed method, and evaluated and compared these two methods using a convolutional neural network (CNN) classifier. The results showed that the proposed method enabled significantly improved classification performance compared with the existing method using connectivity matrix.

生体組織を介して呈示される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，イヤホンやスマートホン等の他，スマートグラスのように顔面に刺激呈示を行うコミュニケーション・デバイスへも応用されている．一方，骨伝導知覚の特長の一つに，イヤマフや耳栓等で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である“耳栓効果”が挙げられる．小型オーディオ機器は概して低周波出力が不足するが，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可能性がある．著者らは，頭部の各部に骨伝導音を呈示した際の耳栓効果を評価し，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）を凌ぐ耳栓効果を示す顔面部位（鼻骨，眼窩下部および下顎角）が存在することを明らかにした．本研究では，耳栓効果が音声コミュニケーション・デバイスの音質に及ぼす影響の評価を目的として，耳栓装用の有無が骨伝導音声の知覚特性に及ぼす影響の評価を試みた．先行研究で大きな耳栓効果が得られた顔面部位（鼻骨および眼窩下部），および従来部位（乳様突起および顆状突起）における単音節明瞭度を調べた結果，顆状突起以外の部位において耳栓装用によって単音節明瞭度が上昇することがわかった．また，構成周波数帯域の低い男声の方が女声よりも明瞭度の上昇が大きいことが明らかになった．

一般に骨伝導音は側頭骨の乳様突起や下顎骨の顆状突起等に呈示されるが，近年ではスマートグラス等への応用を想定して，鼻骨等の顔面部位に呈示される方式も検討されている．顔面は脂肪や筋肉，および鼻腔や副鼻腔等の空洞構造が入り組んで構成され，人体の中でも特に複雑な構造を有している．そのため，振動子の呈示位置のわずかな違いにより知覚・伝搬メカニズムも変化する可能性が高いものの，そのメカニズムの多くは未解明となっている．著者らは，顔面各部に呈示された骨伝導音の伝搬特性や，基礎知覚特性（検出閾，周波数弁別閾）の解明に取り組み，呈示部位間の異同を論じてきた．本研究では，顔面呈示された骨伝導音声の知覚特性の解明を目的として，顔面上の5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）において単音節明瞭度試験を行い，気導音および従来部位（乳様突起および顆状突起）との比較を行った．その結果，顔面部位においても従来部位とおよそ同等の明瞭度が得られること，特に頬骨では気導音に準ずる実用的な音声伝達が可能であることが確認された．また，鼻骨，眼窩下部およびオトガイ隆起においては，有声子音の異聴がやや増加することが確認された．これらの部位は，聴覚器から比較的離れており，伝搬過程において生じた高周波成分の減衰を始めとする歪みが影響を与えた可能性がある．

近年，対光反射を利用し，注視点を識別する方法が提案されている．対光反射における瞳孔応答は左右眼の入力光刺激から決定されるとするモデルがあり，瞳孔両眼刺激型のインターフェースとして応用が期待できるため，私たちは上記のモデルの有効性を検討した．左目への入力の輝度を固定し，右目への入力の輝度をランダムに変化させる実験の結果，上記のモデルとは一致しなかった． また，左右眼への入力の比率の変化による瞳孔応答の違いを比較する実験を行った．両眼に同一の光刺激を入力する場合が最も瞳孔反応が大きくなり，瞳孔計測型のインターフェースにおいて左右眼で光刺激の輝度値を変えることはあまり適していない可能性がある．

The purpose of this study is to construct a system for measuring the mechanomyogram (MMG) associated with body sway during quiet standing and a method of identifying the MMG system. Electrical stimulation was applied to the medial gastrocnemius muscle in the standing posture, and the displacement MMG was measured using a laser displacement meter. The body sway was removed from the measured signals using independent component analysis (ICA). The MMG system was approximated with a second-order model, and the natural frequency of the medial gastrocnemius muscle was 1.9 Hz.

Hydrostatic pressure-induced changes in central hemodynamics modulate respiratory regulation and cerebral hemodynamics under the orthostatic stress, but its regulatory function in athletes undergoing repeated sprint and jump training is unknown. In 10 college male volleyball players and 7 healthy subjects, low body negative pressure (LBNP -45mmHg) method was used. To characterize the respiratory controller, we induced hypercapnia by changing the inspiratory CO2 fraction, and estimated the linear end-tidal PCO2-minute ventilation relation, and cerebrovascular reactivity to CO2 by transcranial doppler ultrasonography. A decrease in central blood volume by LBNP was shown to reset the controller element leftward with a change in the respiratory operating point only in the control subjects, but no such significant change was observed in athletes. Cerebrovascular reactivity was significantly higher in athletes than in controls. These findings indicate the possibility of acquired adaptive capacity of both respiratory and cerebral circulatory regulatory systems to orthostatic stress through training.

Because the process of atherosclerosis is almost irreversible, early prevention and detection have become increasingly important. However, existing non-invasive methods for assessing the risk of arterial stiffness, such as PWV (pulse wave velocity), are unsuitable for daily use. But, the photoplethysmogram (PPG) sensor used in PWV measurement devices is less constraining and easy to use, and is also used in wearable devices. Therefore, this study investigated the possibility of using PPG to evaluate the arterial stiffness placed on the radial artery, where the wearable device is worn.

骨伝導では振動子を頭骨部に強く押し当てる必要があり，長時間の装用に伴い痛みが生じる等の問題があった．この問題の解決手段として耳介・耳珠の軟骨組織に振動子を呈示する軟骨伝導が提案され，補聴器やスマートホンに応用されている．軟骨伝導では，外耳孔から外耳道に侵入する気導成分に加え，耳介の振動を介して外耳道内に放射される外耳道内放射成分が支配的となる．そのため，耳介の形状，質量，硬さといった特性が聞こえに影響を及ぼすと考えられる．耳介の形態に変化が生じる疾患として耳介血腫が挙げられる．耳介血腫は耳介の皮下に生じる内出血であり，耳介に瘤状の隆起を生じさせる．イヤホン等の使用が困難になる場合が多く，軟骨伝導デバイスの使用が有効であるが，血腫を生じた耳介の特性や軟骨伝導の聞こえを調べた例はない．本研究では血腫保有者の耳介の硬度，サイズ，軟骨伝導検出閾を計測し，健常者と比較した．さらに，耳介特性と軟骨伝導検出閾の関係を検討した．血腫群の耳介硬度は，計測した5部位中の3部位で健常群に対して有意に上昇した．また，検出閾は健常群に比べて125-1000 Hzにおいて上昇し，4000 Hzで減少した．対輪上部，耳輪の硬度および耳垂長においては，検出閾に対する主効果が認められた．また，耳輪，対珠硬度と検出閾の間に線形相関が認められた．これらの結果は，血腫により耳介の硬度や形状が変化し，軟骨伝導検出閾に影響を及ぼすことを示している．

For the treatment of atrial arrhythmias, it is important to observe and understand the excitation wave dynamics in atria. This study proposes a three-dimensional (3D) visualization method for excitation propagation on an atrium. The input of our method is a 3D atrium model and excitation dataset visualized at multiple positions on atria using a 20-pole catheter. Each excitation data is given in a video format, and our method allows the user to place the excitation video by clicking on the placement position on the atrium model. By placing multiple excitation propagation videos at positions where they were recorded, the user can grasp the overview of excitation propagation in 3D.

In recent years, the proportion of people who have committed suicide due to depression has gradually increased in Asia. According to the World Health Organization's 2016 statistics, Russia, India, South Korea and Japan are the most serious and concentrated in the middle and old age groups. Improvement or treatment can be solved from the level of spiritual culture, biochemistry or biophysics. Psychological and cultural treatments include psychological counseling treatment, mental relaxation treatment, exercise treatment, etc; biochemical treatments include western medicine, Chinese herbal medicine treatment, or essential oil treatment, etc, but most western medicines for mental illness are tolerated and Dependence, can not be used for a long time. Compared with the defects and toxic side effects of drug therapy, the importance of physical therapy is increasingly prominent; biophysical treatments include shiatsu massage, acupuncture, music (or ultrasound) therapy, light therapy, and electro therapy, magnetic therapy and more.

様々な表情の中で笑顔は，人種や文化によらず生活の質（Quality-of-Life, QOL） を最も反映しやすいと考えられる．昨年度我々は笑顔度を計測する装置を開発し，様々な表情変化時の笑顔度計測を行った．本年は，このシステムの普及と日常的利用に必要な要件：１）自由ソフトウェアライセンスの採用，２）個人識別と計測，３）計測データの外部送信について研究開発を行った．まずシステム構成を見直し，商用/非商用の無償利用が可能なOpenCVのみを用いて再構築した．また，複数人がカメラに映りこむ日常的な状況で計測を行うために，複数人を識別し，同時に各人の笑顔度を計測できる機能を追加した．随時表情が変化する各人を安定に識別・同定するための閾値設定には，産総研表情データベース2017を利用した．さらに，ローカルもしくはクラウド上の複数への安全な送信のために，MQTTを転送プロトコルとして採用し，ローカル環境において笑顔度の送受信および実時間のグラフ表示を実現した．

Recently, human contact has been restricted partly due to the effect of the epidemic, and the opportunities for laughter have decreased. The decrease in the opportunities for laughter promotes the accumulation of stress, possibly with adverse effects on health. Therefore, we evaluated the stress-relieving effect of Smile Master, a game application incorporating elements of laughter. As a result, the stress score decreased in all 6 participants, and the mean stress scores in all participants before and after the use of the application were 60.5 and 29.8 kIU/L, respectively. The results indicate a stress-relieving effect of laughter and the usefulness of the application Smile Master as an option for experiencing laughter.

In order to reduce errors in blood collection, blood collection support systems have been developed that enable accurately. However, previous prototype systems were large and could be intimidating to patients. The purpose of this study is to develop a beetle-sized (40 × 40 × 40 mm) puncture robot that can be put on the arm. In our previous study, we aimed to reduce the size of the robot by introducing a parallel link mechanism that simulates the body structure of a mosquito. However, the motor tends to be large to operate the joints sufficiently. To solve this problem, we decided to use a linear actuator. The kinematics of a 4-DOF parallel link with rotational and prismatic joints was developed, and modeling and simulation were performed using the dynamics simulator (ODE : Open Dynamics Engine). The simulations confirmed that the robot has motion range required for puncture motion.