1 2014.07.08 温冷覚検査装置 熊本高専 熊本高専 人間情報システム工学科教授小山善文制御情報システム工学科教授永田正伸 共同研究者大串幹 ( 熊本大学附属病院リハビリテーション部 准教授 ) 萩野光香 ( 熊本大学医学部附属病院リハビリテーション部 OT)
2 社会的背景 感覚障害を伴う可能性がある疾患患者数の増加 末梢性のしびれ 肘のケガ等による尺骨神経麻痺 全身性の内科的疾患( 糖尿病 膠原病 ビタミン欠乏 ) 脳の障害 脳卒中 腫瘍 脳炎 脊髄障害によるしびれ 脊椎の変形( 頚椎症 腰椎症 ) 椎間板ヘルニア 脊髄炎 脱髄疾患( 多発性硬化症ほか ) 血管障害
脳卒中 糖尿病の罹患率分布 ( 出典 : 厚生労働省患者調査の概況 ) 糖尿病の疑い強い人 890 万人 (2007 年 ) 患者は今後さらに増えるのでは? ( 出典 : 糖尿病の人ってどのくらいいるの? 厚生労働省 ) 3
4 現在の感覚検査 ( スクリーニング時 ) における問題点 主観的結果しか得られず 客観的評価が得られにくい 感覚検査ごとに器具の交換が必要 検査時間が長いため 被験者に負担がかかる 精密な検査を行う機器は大きく 手軽でない
従来技術とその問題点 従来の温度覚検査方法 試験管 ペンシル型温度感覚計 価格 温度設定温 :40-45 冷 :10 程度 温度維持困難 準備物 注意点 1 本 200 円程度ユフ精機 98000 円 試験管, ビーカー, お湯, 氷, 温度計, タオル 試験管の周りに水滴などついていないように必ずふき取る 温 :48 冷 :3 ダイヤル式 2 段階 本体, 電池 感温部 ( 円形 4mm) を垂直に軽く短時間あてる 5
温冷覚刺激プローブ 感温部 ( プローブ ) の銅版 (90 90mm) 5-45 の温度設定 充電式電池で連続使用が可能 感温部 ( プローブ ) 1 銅板 2 温度センサ 3 ペルチェ素子 4 ヒートシンク 5 温度センサ 図提示器の構造 図コントロールボックス 6
7 新技術の特徴 従来技術との比較 温冷覚刺激 + 皮膚温度計測 温冷覚刺激プローブ仕様 ( 暫定 ) 項目 性 能 電源 9V 乾電池 最大定格電流 温冷覚プローブ動作時 0.7A 最大 1A 動作時間 5 時間 30 分 プローブ動作時 :5 度 :20 分 45 度 :30 分 コンタクト面積 9 9mm 重量 プローブ 49g コントロールボックス ( 電池込 ) 424g 設定刺激温度 5,10,15,20,25,30,35,40,45,50 の10ステップ 計測温度範囲 動作環境温度 20 ~40 20 ~30
8 温冷覚刺激プローブ ペルチェに流す電流量 実験結果による 図パラメータによる特性の違い
9 温冷覚刺激プローブテクニカル性能実験結果その 1 50 50 45 45 40 40 35 35 温度 ( ) 30 25 20 15 測定温度 表示温度 温度 ( ) 30 25 20 15 測定温度 表示温度 10 10 5 5 0 0 5 10 15 20 25 30 0 0 10 20 30 40 時間 ( 秒 ) 時間 ( 秒 ) 図コンタクト部の温度変動グラフ (25 設定時 ) 図コンタクト部の温度変動グラフ (45 設定時 )
10 温冷覚刺激プローブテクニカル性能実験結果その 2 50 50 45 45 40 40 35 35 温度 ( ) 30 25 20 15 測定温度 表示温度 温度 ( ) 30 25 20 15 測定温度 表示温度 10 10 5 5 0 0 5 10 15 20 25 30 0 0 10 20 30 40 時間 ( 秒 ) 時間 ( 秒 ) 図 5 度から 45 度への温度遷移 図 45 度から 5 度への温度遷移
温冷覚刺激プローブ性能評価実験結果 検査部位 : 手指コンタクトタイム :3s 5 評価値 4 3 平均値 温冷覚刺激プローブを被験者に5 から45 の範囲で10 ごとにコンタクト そのときの感覚を声で回答 2 1: 冷たい 2: ひんやり 3: 何も感じない 1 5 15 25 35 45 4: 温い 5: 熱い 設定温度 [ ] 図被検者の評価感覚結果 ( 室温 27 ) 被験者 : 健常者学生 23 人 11
12 温度覚検査 : パイロットスタディ 対象者 : 健常者 10 名 ( 男性 :5 名女性 :5 名 ) 方法 : 対象者が回答 記録 5-45 の間で様々な温度を与える 対象者 : 温かい どちらでもない 冷たい 5-45 のそれぞれの温度で分かった人, 分からなかった人の割合を算出 各疾患で髄節, 支配領域, 全身性, 末梢性など障害の部位が違うことが考えられるが, 今回は健常者と合わせるために手指での分析
13 結果 : パイロットスタディ 100% 90% 80% 100 100 100 100 90 100 70% 60% 50% 40% 50 60 30% 20% 30 10% 0% 5 10 15 20 25 30 35 40 45 わかった人 わからない人
14 臨床での試用 対象 : 熊大医学部付属病院入院患者で感覚障害の疑いのある27 名 中枢 脊髄性疾患末梢性疾患全身性疾患 頚椎症性脊髄症 (2 名 ) 肘部管症候群 (3 名 ) 慢性炎症性脱髄性多発神経炎 (1 名 ) 脊髄空洞症 (1 名 ) 手根管症候群 (2 名 ) 家族性アミロイドポリニューロパチー (2 名 ) HTLV-1 関連脊髄炎 (1 名 ) 膝窩動脈損傷 (1 名 ) チャーグストラウス症候群 (1 名 ) 脊髄小脳変性症 (1 名 ) 踵骨骨折術後障害 (1 名 ) 皮膚筋炎 : ステロイドミオパチー (1 名 ) 馬尾障害 (1 名 ) 糖尿病 (16 名 ) 評価期間 : 平成 24 年 8 月 ~ 平成 25 年 7 月
15 100% 90% 80% 70% 結果 : 臨床での試用 60% 50% 70 70 67 63 59 40% 30% 20% 48 33 10% 0% 5 10 15 20 25 30 35 40 45 4 11 わかった人 わからない人
考察 : 冷覚閾値が低くなった? 温覚閾値が高くなった? 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 受容器線維 5 10 15 20 25 30 35 40 45 TRPA 1 TRPM8 有髄性線維 TRPV4 TRPV3 TRPV 1 TRPV 2 無髄性線維 16
17 皮膚温度計測機能 図 温冷覚刺激プローブ構成図
18 外気温を考慮した検定式より接触面の温度計測 図外気温 25 での検定式
皮膚温度計測実験結果その 1 部位被験者 A 被験者 B 被験者 C 被験者 D 被験者 E 手の甲 [ ] 温度計計測値 31.8 27.2 31.4 31.8 30.9 プローブ計測値 31.3 28.3 31.6 33.3 29.6 誤差 0.5 1.1 0.2 1.5 1.3 部位被験者 A 被験者 B 被験者 C 被験者 D 被験者 E 手のひら [ ] 温度計計測値 31.8 30.3 31.9 33.5 32.7 プローブ計測値 33.6 30.4 32.8 34.6 31.5 誤差 1.8 0.1 0.9 1.1 1.3 部位被験者 A 被験者 B 被験者 C 被験者 D 被験者 E 腕 [ ] 温度計計測値 33.2 27.2 31.4 31.8 30.9 プローブ計測値 35.2 28.3 31.6 33.3 29.6 誤差 2.0 0.1 0.4 1.9 1.8 19
20 皮膚温度計測実験結果その 2 部位被験者 A 被験者 B 被験者 C 被験者 D 被験者 E 温度計計測値 25.4 34.2 34.5 34.1 34.4 頬 [ ] プローブ計測値 27.3 39.9 33.8 33.0 36.2 誤差 1.9 0.3 0.7 1.1 1.8 部位被験者 A 被験者 B 被験者 C 被験者 D 被験者 E 温度計計測値 21.0 23.5 24.8 27.3 32.9 足の甲 [ ] プローブ計測値 21.1 24.4 23.6 29.2 34.5 誤差 0.1 0.9 1.2 1.9 1.6
21 本技術に関する知的財産権 発明の名称 : 温冷覚検査装置 出願番号 : 特願 2014-035768 出願人 発明者 : 熊本高専 : 小山善文
22 実用化に向けた課題 温度計機能は 現在 対環境特性実験を実施中 目処がついた時点で診療機関でのフィールドテスト予定 実用化に向けて 電子回路 装置 プログラムの 精度向上 企業との共同開発
触覚刺激プローブの試作 温度センサ LM35DZ 8[mm] 8[mm] 5[mm] DC ファン F3010TB 30[mm] 30[mm] 12[mm] 非接触式触覚刺激プローブ サイズ :35[mm] 40[mm] 54[mm] 重さ :160.4[g] ペルチェ素子 TES1-12705 30[mm] 30[mm] 3[mm] 23
24 触覚刺激プローブ基礎実験結果 筆で僅かに触れる 筆を少し強く触れる 図電圧 - 風力 風速関係グラフ 予備実験の結果圧痛覚刺激よりはるかに弱い風圧 圧痛覚 最低 14[g]
25 実用化に向けた課題 触覚刺激プローブは 構造の再検討中 実用化に向けて 電子回路 装置 プログラムの 精度向上 企業との共同開発希望
26 産学連携の経歴 共同研究 地域プロジェクト参加 地域産学連携コーディネート経験多数あり 2006 年 -2007 年東京エレクトロン九州 ( 株 ) と共同研究実施 2006 年 JST 可能性調査研究事業に採択 2010 年 - 熊本大学医学部付属病院リハビリテーション部と共同研究 2014 年 - 構造計画研究所と共同研究実施予定
27 振動覚検査装置 温冷覚検査装置の今後の展望 温冷覚刺激プローブ : 機能追加 安全性対策 再現性 振動覚刺激プローブ : 診療機関での臨床実験 触覚刺激プローブ : 実験器を確立し評価試験 カートリッジ型 一体型へ 温度覚 振動覚 触覚 痛覚 位置覚
28 想定される用途 本技術は 医療機関でのスクリーニング検査用向け 客観的 定量的診断 簡便な計測 小型軽量 複数の感覚検査が可能 疾患の改善 進行の診断が可能医療福祉の充実 他分野用途への展開は?
29 国内市場分析 一般病院数 8670 戸 ( 厚生労働省平成 22 年度調査 ) 一般病院とは 病床数が 20 以上で 通院および入院診療 一般的な治療が可能な患者を対象とする医療施設 医療従事者 医師約 30 万人 理学療法士 8 万人 作業療法士約 7 万人
30 お問い合わせ先 熊本高等専門学校 九州沖縄地区産学官連携コーディネーター上甲勲 TEL(FAX):096-242 -6194 e-mail:i-johkoh@kumamoto-nct.ac.jp 総務課研究推進係 TEL:096-242-6433 e-mail:sangaku@kumamoto-nct.ac.jp