温冷覚検査装置 - jst...ペルチェ素子tes1-12705 30[mm]×30[mm]×3[mm]...
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温冷覚検査装置
熊本高専 人間情報システム工学科
教授 小山 善文
熊本高専 制御情報システム工学科
教授 永田 正伸
2014.07.08
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)
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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
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脳卒中・糖尿病の罹患率分布
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:厚生労働省患者調査の概況)
(出典:糖尿病の人ってどのくらいいるの?|厚生労働省)
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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
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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
1本200円程度 ユフ精機 98000円温度設定 温:40-45℃
冷:10℃程度→温度維持困難
温:48℃冷:3℃→ダイヤル式 2段階
準備物 試験管,ビーカー,お湯,氷,温度計,タオル・・・
本体,電池
注意点 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。
感温部(円形4mm)を垂直に軽く短時間あてる
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温冷覚刺激プローブ
図 提示器の構造
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
感温部(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
図 コントロールボックス
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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 20℃~40℃動作環境温度 20℃~30℃
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)
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温冷覚刺激プローブ
図 パラメータによる特性の違い
↑実験結果による
↑ペルチェに流す電流量
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図 コンタクト部の温度変動グラフ(25℃設定時)
温冷覚刺激プローブ テクニカル性能実験結果 その1
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0 5 10 15 20 25 30
時間(秒)
温度
(℃
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測定温度
表示温度
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時間(秒)
温度
(℃
)
測定温度
表示温度
図 コンタクト部の温度変動グラフ(45℃設定時)
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0 5 10 15 20 25 30
時間(秒)
温度
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)
測定温度
表示温度
図 45度から5度への温度遷移
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0 10 20 30 40
時間(秒)温
度(℃
)
測定温度
表示温度
図 5度から45度への温度遷移
温冷覚刺激プローブ テクニカル性能実験結果 その2
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温冷覚刺激プローブ性能評価実験結果
図 被検者の評価感覚結果(室温27℃)
検査部位:手指コンタクトタイム:3s
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5 15 25 35 45
評価値
設定温度[℃]
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
1:冷たい
2:ひんやり
3:何も感じない
4:温い
5:熱い
被験者:健常者学生23人
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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:
• 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
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」
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結果:パイロットスタディ
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5℃ 10℃ 15℃ 20℃ 25℃ 30℃ 35℃ 40℃ 45℃
100 100 100 100
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わかった人 わからない人
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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
評価期間:平成24年8月~平成25年7月
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)
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結果:臨床での試用
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5℃ 10℃ 15℃ 20℃ 25℃ 30℃ 35℃ 40℃ 45℃
70 70 6763
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わかった人 わからない人
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5℃ 10℃ 15℃ 20℃ 25℃ 30℃ 35℃ 40℃ 45℃
温覚閾値が高くなった?
冷覚閾値が低くなった?
TRPA1 TRPM8
TRPV4TRPV3
TRPV1TRPV
2無髄性線維有髄性線維線維
受容器
考察:
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皮膚温度計測機能
図 温冷覚刺激プローブ構成図
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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
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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
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部位 被験者A 被験者B 被験者C 被験者D 被験者E
頬[℃]
温度計計測値 25.4 34.2 34.5 34.1 34.4
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
足の甲[℃]
温度計計測値 21.0 23.5 24.8 27.3 32.9
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
皮膚温度計測実験結果 その2
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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 :熊本高専
• 発明者 :小山善文
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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
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触覚刺激プローブの試作
DCファンF3010TB30[mm]×30[mm]×12[mm]
温度センサLM35DZ8[mm]×8[mm]×5[mm]
ペルチェ素子TES1-1270530[mm]×30[mm]×3[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]
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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]
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
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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
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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
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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
触覚
痛覚 位置覚
温度覚振動覚
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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
他分野用途への展開は ?
疾患の改善・進行の診断が可能
医療福祉の充実
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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
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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:[email protected]
○総務課研究推進係
TEL:096-242-6433
e-mail:[email protected]