実験動物への「体内埋め込み式運動量 / 温度計測装置
nano tag®」の紹介
キッセイコムテック株式会社
1．はじめに運動の状況

田口

姿勢情報

歩数や消費カロリー覚醒と判定

睡眠と判定

勇次郎

弊社は脳波や筋電といった生体から計測できる信号を解析するノウハウを活かし、2000 年に睡眠解析研究用プログラム SleepSign Ⓡを開発し販売を開始した。
このソフトウェアは、その名が示す通り睡眠状態を把握し解析をすることを目的としている。
このソフトウェアはヒトも実験活動量生活のみだれ

図1．睡眠/覚醒リズム研究用プログラムSleepSign®-Act動物も同様の考え方で解析を行うが、ヒトも実験動物も脳波を計測する必要がある。脳波を計
測 す る に は 機 材 が 高 価 で あ り、特に実験動物での計測には手術手技の繊細さが必要で現在も困難が伴う。
そこで、ヒトの睡眠状態を簡易 的 に 計 測 で き る MicroTag 活

図2．ラットに埋め込んだ当時のMicroTag
活動量計（27mm×9.1mm, 9g）

図3．運動量/温度計測装置nano tag（18.8mm×14.2mm×7.1mm, 2.7g）

覚醒リズム研究用プログラム

までの赤外線センサーで計測さ2．nano tagの特徴

SleepSign Ⓡ -Act（ 図 1） を 2009

れた運動量と遜色ないデータでnano tag は、実験動物の体内

年に発売した。腰部に装着するあった。体内にセンサーを埋めに埋め込むことを想定し、小型だけで、ヒトの睡眠 / 覚醒リズ込むことで、赤外線センサーで化・完全防水化した運動量計測

ムや睡眠量を長期（100 日）に渡っは計測できない環境下での計測装置である。これまで運動量をて低負荷で計測し解析できる。

を可能にできるものと考え、可計測するには、飼育ケージの上

あ る 時、 こ の MicroTag 活 動

能な限り小型化し完全防水を施部に取り付けた赤外線センサー量計にパラフィンを使って防水した。このような経緯で生まれで の 計 測 が 一 般 的 で あ っ た が、加工を施し、ラットの体内へ埋たのが「体内埋め込み式運動量飼育ケージの広さや深さによっめ込み、運動量を計測した研究/ 温度計測装置 nano tag」（図 3）て 感 度 の 調 整 が 必 要 で あ っ た。

者が現れた。その結果は、それである。

更に回転輪やトンネル等の遊具

動 量 計（ 図 2） と い う 小 型 の アクチグラフに対応した、睡眠 /LABIO 21 SEP. 202231

を入れる、または、複数匹を同一ケージに入れると赤外線が妨げられてしまっていた。

図4．nano tagで計測した24時間1分毎の運動量（棒グラフ）と体温（折れ線グラフ）

nano tag は機器を体内に埋め込むことによって、前述のような計測環境の制約を大幅に軽減することができた。更に、計測データは本体の内部メモリへ記録されるため、計測環境による電気的な影響も受け難い。
一方で、体内に埋め込むことで、当然、動物に負荷がかかることになる。機器自体が 2.7g あるため、体重が軽い小さな動物や、自発運動が弱まっている動物 で は 高 負 荷 に な っ て し ま う。
また、完全防水化したことにより、電池交換ができず使い捨てである。計測データは本体の内部メモリへ記録されるため、長期間計測するには、時間分解能を低くしたり、計測途中でデータを一旦取り出したりと運用上の工夫が必要である。
3．nano tagでの計測項目
nano tag では、単位時間当たりの運動量と温度の他に、3 軸の加速度センサーからの生値（3 軸3-2．3軸の加速度センサーからの数値
3 軸加速度センサーから計測した各 X, Y, Z 生波形データ（図 5）と、それらを合成した 3 軸合成波データ（図 6）を記録できる。
但し、X, Y, Z 生波形データと 3軸合成波データを同時に記録することはできない。
3-3．温度温度は 15℃幅を測定でき、温任意の温度を指定する。例えば、ソニー社製非接触 IC カードリー

下限値を 22℃とすると 37℃（22℃

ダー / ライター PaSoRi（以下カー+15 ℃） ま で の 測 定 が 可 能 で あドリーダー）との近距離無線通信る。尚、nano tag 本体内部にあで制御する。通信距離は約 10mm

る温度センサーの測定値が、デー以内であり、nano tag のアンテナタを記録するタイミングで保持面をカードリーダーに向けて通信される。機器を埋め込む場所にしなくてはならない。そのため、より測定温度に違いがあるため、体内に nano tag を留置した状態深部体温を測定したいのであれで計測の開始、終了等の制御を行ば、腹腔内に埋め込んだ方がよう場合には、nano tag のアンテナいという報告がある。

面が皮下から 10mm 以内にある必要がある。しかし、腹腔内など深部で計測する場合は、この状況ことはできない。
3-1．運動量
3 軸加速度センサーから計測した 各 X, Y, Z（ 約 25Hz） の 合 成波に対して、感度にあたる閾値を任意に設定する。この閾値を下から上に横切った回数を単位時間当たりの運動量として記録

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4-1．通信距離とタイマー機能
nano tag は、PC に接続された運動量と生値は同時に記録する

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4．計測

度幅の下限値として 10 ～ 30℃の値と合成値）が計測できる。但し、する。
（図 4）

図5．X,Y,Z生波形データ

図6．3軸合成波データ

を作れない。
そこで、nano tag の計測には機器設計通りの稼働日数にならない場合がある。

タイマー機能が搭載されている。

また、保存できる日数は本体予め計測の開始時刻と終了時刻の搭載メモリ容量に制限を受けをセットしてから体内に埋め込る。例えば、1 分毎に運動量と温むことで、カードリーダーを近度を保存した場合には、20 日間づけることなく自動的に計測のでメモリが一杯になってしまう。

開始・終了が行われる。計測終

実験内容から保存周期を適切に了後に体内から nano tag を取り設定する必要がある。具体的な出しデータを PC に取り込むこ

保存周期と保存日数の関係は 6とが可能である。機器内に記録項を参照されたい。

る。現行より小さな電池を搭載すれば小型・軽量化はできるが、稼 働 時 間 が 短 く な っ て し ま う。
そのため、計測装置の省電力化を進める必要があるがこれについても限界がある。
そこで、長期的な視点で電池に頼らない給電を検討している。

された計測データは、次の計測を開始するまで保持されている。

5．機器構成それが実現した場合には、以下

尚、後述 4-2. 項に記載の稼働累●運 動 量 / 温 度 計 測 装 置 nanoのような機器の利便性を確保で計時間には、タイマー機能を使って計測開始するまでの待機時間も含まれる。
4-2．電池寿命とメモリ容量tag● nano tag ビューア―プログラム（制御ソフトウェア）●パ ー ソ ナ ル コ ン ピ ュ ー タ

2 項 に 記 載 の 通 り、nano tag（Windows10/11 Pro、USB ポーは完全防水化したために電池交

ト 2 つ以上、内蔵 NFC ポート無）換ができず使い捨てである。約●ソ ニ ー 社 製 非 接 触 IC カ ー ド

60 日稼働（計測・通信・予約待リーダー / ライター PaSoRi

機時間の累計）できるように設計されている。ソフトウェア上

今後、更なる小型・軽量化と稼働残日数を予測しながら実験稼働時間延長の検討を行ってい計画を立てることができる。尚、6．仕様化されており、累計で 180 日稼働できる。但し、一般的な電池（CR1220）を使用しているため、

図7．累計稼働時間の表示を実現できる。
●より時間分解能の高いデータを、より長期間記録できる。
●より多くの種類のセンサーを搭載できる。
●リアルタイムでのデータ通信ができることで、体外での計測（日動協ホームページ、LABIO21
カラーの資料の欄を参照）

検出方法

3軸加速度センサー、温度センサー

通信方法

近距離無線通信（FeliCa®方式 通信距離：約10mm）

時計精度

月差±60秒内部電池

CR1220（電池交換は不可）

電池寿命約60日*（ご購入後1年以内 24時間計測で、通信1日1回2分以内）

計測モード

1：ループ、2：メモリフルで停止、3：任意時刻指定

運動量・温度データ

保管状況や保管期間によっては●リアルタイムでのデータ通信データと同期記録ができる。

7．今後の発展性で稼働累計時間を表示（図 7）し、温度のみの計測では更に省電力きると考える。

運動量

振動数

温度

10～45.875℃ 計測温度幅15.875℃（分解能：0.0625℃、誤差：±0.5℃）

保存周期

12秒

30秒

1分

2分

4分

5分

保存日数

4日

10日

20日

37日

60日

60日

3軸加速度データ

合成波：約27分、生値：約9分 約25Hz

サイズ

18.8mm × 14.2mm × 7.1mm（固定用穴付き）

重量約2.7g

材質

ABS樹脂、エポキシ系接着剤*温度のみを記録する場合には、約180日
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