在宅健康計測システムの高度化

文献情報

文献番号
199900179A
報告書区分
総括
研究課題名
在宅健康計測システムの高度化
課題番号
-
研究年度
平成11(1999)年度
研究代表者(所属機関)
戸川　達男(東京医科歯科大学)
研究分担者(所属機関)
  • 石島正之(東京女子医科大学)
  • 山越憲一(金沢大学)
  • 太田茂(川崎医療福祉学)
  • 川原田淳(富山大学)
  • 上野照剛(東京大学)
研究区分
厚生科学研究費補助金 総合的プロジェクト研究分野 長寿科学総合研究事業
研究開始年度
平成11(1999)年度
研究終了予定年度
平成13(2001)年度
研究費
7,600,000円
研究者交替、所属機関変更
-

研究報告書（概要版）

研究目的
高齢化社会に向かい、すでに発症した疾病に対処する以前にそれを予防することはより重要であると考えられる。本研究では、外見上健康でな高齢者の日常の生理機能状態を日常の生活環境下で計測し、長期に渡って蓄積されたデータを個人の健康管理に活用可能な機器・システムの開発を目的とする。具体的には、在宅において運用可能なモニタリング機器の開発、それらの機器を統合する計測システム、収集したデータの解析方法の開発の3つの方向で研究を行なう。本年度はモニタリング機器の開発においては、転倒モニタ、浴槽での光電脈波モニタ、便座を利用した血圧モニタのそれぞれの開発を行なうとともに、在宅での心磁図計測の可能性について検討した。システムに関しては、計測機器を設置可能な住宅設計に関する研究と、実際に高齢者宅における行動モニタリング実験を行なった。データ解析に関しては、長期にわたって記録された浴槽内心電図の時間医学的解析を試みた。本研究においては、これまでに行なわれた研究よりもより高度な技術を用いて、在宅での心磁図や血圧の無自覚的な測定を行なうことや、高度な解析手法によりデータの有用性を高めることを目的とする。また、高度技術を導入する一方で、これまでに開発された機器の実際の家庭への導入に関しても検証実験を行なった。
研究方法
転倒モニタの開発においては、加速度センサを利用した転倒検出システムの開発を行なった。今年度は予備実験として、プロトタイプの加速度センサを用いて、日常の基本行動をどの程度把握できるかを検討評価した。今回は基本行動のうち、歩行と転倒について20歳代の健常成人を被験者として計測実験を行なった。歩行は平地を自然に歩いた場合について計測した。転倒には様々な状況が考えられるが、今回は何かにつまずいた場合に的を絞って実験し、加速度データを収集・解析した。浴槽での光電脈波モニタについては、浴槽座面に設置可能な赤外LEDと受光素子を用いた反射型防水プローブを製作し、被験者臀部より光電脈波を測定し、周波数フィルタリングによって呼吸成分の抽出を試みた。便座を利用した血圧測定については、既成の便座での接触座面圧分布を小形圧センサで計測したところ、100～200mmHg以上の圧分布を観測し、当該計測部位の周囲血管圧閉による血圧計測への影響が考えられた。そこで、既成便座より約1.5倍広い接触面積を有する便座を試作し、座圧による血圧計測への影響を小さくした。当該部位の加減圧には局所圧迫法を採用し、種々のサイズのカフ形状を検討した。また、容積検出には、簡便な近赤外LEDとフォトダイオードを組み合わせた反射型光電容積検出法を採用した。心磁図計測については、心臓異常がある場合に心磁図にどのような変化が生じるか調べるために、心筋梗塞モデルのラットを用い、梗塞前後、並びに梗塞後時間経過に対する心磁図の変化を調べた。心筋梗塞モデルラットの心磁図計測では、麻酔下のラットの左心室の心筋に血液を循環している左環状動脈を結糸したときの心磁図を計測し、心室心筋脱分極時および心室再分極時の変化を分析し、梗塞部位と磁場分布の関係を調べた。その場合、心磁図発生源を表現するための方法として磁場ベクトルのローテーション成分の大きさを求めた。住宅設計に関する研究においては、ウェルフェアテクノハウス高岡において性能評価等を行ってきた在宅健康計測システムの実用化を目指し、その統合化に関する研究を行なった。ウェルフェアテクノハウス高岡には、トイレを利用した体重・排泄量測定装置、浴槽内心電図測定装置、ベッド心電図測
定装置が設置されており、これら装置を統合化するために必要となるネットワーク構築のために電灯線LANを利用した。また、実際の高齢者宅に行動モニタのために簡便なモニタ機器を設置し、1ヶ月間の行動モニタリング実験を行なった。データ解析に関しては、これまでに開発した心電図用水中電極を浴槽内に設置し、日々の入浴時に検査のための操作を一切することなく、すなわち無自覚的に1年間にわたって心電図を計測した。その入浴心電図より、入浴負荷時の心拍の順応速度を抽出し、時系列化して周期性を自己回帰モデルなどにより算出した。
結果と考察
転倒モニタについては、歩行時と転倒時の加速度波形を得ることができた。加速度の時系列波形においては特徴抽出が困難であったが、そこでスペクトル解析によって波形の変化を捉えることができた。歩行時は、普通歩行時、摺り足歩行時ともにパワースペクトルのピーク周波数に注目すれば特徴を捉えることができた。転倒時は加速度の急峻な変化と変化量の大きさ、変化前後の加速度の値に注目すれば転倒を検出することができた。浴槽での光電脈波モニタについては、無自覚的に安定に光電脈波を計測することが可能であった。また、光電脈波波形から呼吸波形を抽出することが可能であった。これにより、入浴中の無自覚的な呼吸モニタの可能性が示唆された。便座を利用した血圧測定については、血圧計測用実験システムを構築し、健常男子を対象とした実測を行ったところ、容積振動法でみられる典型的な容積脈波振幅変化パターンが観測され、血圧を間接計測できることが確認された。ただし、対象とする動脈の走行や便座の座り方などの個人差により血圧計測が困難な場合もあった。心磁図計測については、心磁図の発生源を調べ、梗塞部位との関係を調べた結果、梗塞の個所と磁場ベクトルのローテーションの大きさの分布に相関があったことにより、心磁図計測が心筋梗塞の発見において有効である可能性が示された。住宅設計に関する研究においては、トイレ、浴槽、ベッドを利用した生体情報の無意識・自動計測を試み、長期連続データの収集や高齢者における測定・記録を行い良好な結果を得た。また、電灯線LANの通信性能評価では、雑音混入等によりデータ転送に多大の時間を要する場合があったが、データ転送前後においてデータの欠落は発生しておらず、電灯線LANの使用が統合化の一手段として有効であると思われた。また、ウェルフェアテクノハウス高岡と愛知県大府市の国立療養所中部病院長寿医療研究センター間におけるデータ伝送や遠隔モニタ実現の可能性について検討した。実際の高齢者宅での行動モニタについては、1ヶ月間の無自覚的な計測が可能であり、行動データを収集した。その結果、被験者の生活パターンを定性的に判断することが可能であった。また、複数種類のセンサを導入することで、精度の高いモニタリングが可能であることを示唆する結果を得た。データ解析に関しては、入浴という日常の行動をとるのみであったため、被検者には努力や苦痛なく1年間以上の継続検査が可能であった。負荷順応速度には1年間と2カ月弱の2つの周期が顕著に見られた。この複数の周期のため、順応速度が遅い期間は冬季のみならず春期などにも出現した。
結論
転倒モニタについては、加速度を連続して計測することにより高齢者の基本行動を自動的に推定することが可能であると考えられた。浴槽での光電脈波モニタについては、入浴中に無自覚に光電脈波と呼吸波形を計測することが可能であった。便座を利用した血圧測定については、容積振動法による便座からの無意識自動血圧計測の実現可能性が認められたことは大きな成果である。今後、計測箇所で左右されない容積検出法の改良やポンプ系を含めたカフ加圧システムなどの技術的課題を解決しながら血圧計測の自動化を図っていく予定である。在宅での心磁図計測については、心磁図による心臓異常の早期発見の可能性が動物実験により示された。しかし、実際の在宅における計測では、センサーのレイアウトやセンサーと体との位置関係による磁気信号の感度の違いが問題になり、今後の研
究での詳細な検討が必要と考えられた。住宅設計に関する研究に関しては、システム統合化のために電灯線LANの構築を試み、電灯線LANの有用性を検証した。実際の高齢者宅での行動モニタについては、実際の家庭におけるモニタリングが可能であることを示した。データ解析に関しては、浴槽内心電モニタを用いた検査法は被検者に負担のない長期的な検査に適すると考えられた。また、長期的に負荷検査を行うことで、その周期性から心臓負荷順応力の予測を可能とすることが示唆された。高度技術を利用して在宅での心磁図および血圧の計測に関してその可能性が示唆されたことは重要である。また、新たなモニタとして転倒モニタや浴槽内での光電脈波計測の開発も行なわれ、在宅で利用可能と考えられるモニタ機器は増えつつある。また、これらのモニタ機器を家庭に設置するにあたってのシステム構築に関する研究も進展し、電灯線LANの有用性が示された。さらに、実際の高齢者宅において1ヶ月のデータ収集を行なったことは大きな成果と言える。これにより、本研究で開発されたモニタが実際に利用可能であることが示唆された。また、収集したデータの有用性を高めるために、高度な解析手法を応用する方法も開発され、1ヵ年にわたって収集されたデータの解析が行なわれた。本年度の研究により、モニタ機器、モニタ機器を統合するシステム、データの解析手法の各分野において、一定の成果が得られたと考えられる。

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