睡眠覚醒改善のための可搬型光治療器の開発と性能評価
湯浅友典*，三浦淳**，須貝保徳***，伊藤洋輔***，佐々木春喜*，相津佳永*
Development and performance evaluation of portable light therapy apparatus for improvement of sleep and wakefulness
Tomonori YUASA*, Jun MIURA**, Yasunori SUGAI***, Yousuke ITO***, Haruki SASAKI*, Yoshihisa AIZU*We have recently developed a portable light therapy apparatus for improvement of sleep quality and wakefulness. This
technical note presents some preliminary experiments useful for design and evaluation of portable light therapy apparatus.
Key Words. Light therapy, Transportable light irradiator, sleep disorder

１．はじめに

２．試作器の概要

情報通信技術の発展に伴う産業の高度化により，業務内容

現在市販されている据え置き型の治療器はサイズが大きい

が複雑・多様化しており，ストレスや生活リズムの乱れからため，利用時の行動が制限される問題点がある．しかも朝の睡眠障害やうつ病などの罹患者増加が深刻な社会問題となっ貴重な時間を 30 分間，光治療だけに費やす使用方法も普及のている．これらの治療手段として，光照射が効果的であると妨げとなっている．一方，時差ぼけの解消にも有効なことか

1)．生活リズムの元となる体内時計は，脳内のら，外出先での利用も可能なことが望まれている．こうしたの報告がある

視交叉上核にあり，起床後に目から光刺激が取り込まれると， 点を考慮して，我々は小型・軽量な可搬型装置の開発を目指
松果体からのメラトニン分泌が抑制され，体内時計がリセッした．開発過程で試作した装置を Fig.1 に示す．

トされる．しかし，夜遅くまで光刺激を受けたり，朝起床後試作器の開発において最も重視した部分は光源の設計で，に十分な光刺激を受けられない場合，体内時計が狂い，生活Fig.2 に示す様に青色成分と黄色成分の 2 つの帯域成分から構リズムが崩れる．そこで，体内時計を正しく働かせるための成される白色の LED を用いた．青色成分は光治療において効光療法 2) が注目されている．光療法の１つである高照度光療果が期待できる重要な波長成分 3) であるが，一方，青色成分法は，朝起床後 30 分間，10,000 lx の光を目に照射する療法での特に波長の短い紫外域付近の光線は人体に有害である．そある．この照度は晴天時の日陰に相当し，一般的な室内の照こで LED と拡散板の間に光学濃度の異なる 3 種類の黄色フィ度では治療に十分な効果が得られない．一方，利用者によっルターを配置し，フィルター無しの場合と比較して青色成分てはイライラ感，疲れ目，頭痛，吐き気などの症状が出るこを 30%，50%，70%カットした照明装置を製作した．各照明ともあるが，いずれも重篤な副作用といえるものはなく，薬装置を用いて，光治療効果を調べたところ，青色成分を 30%物療法よりも実践しやすいといえる．光治療器は，国内ではカットした照明装置を用いたとき最も良い結果が得られた．

一部の専門医療機関を除いてほとんど普及していないが，海また，この時の照明光の分光特性は IEC62471/JIS C7550 に定外では数種類の製品が販売されている．しかし，装置が大型義される安全基準に準拠しており，安全性が確保されているであったり，使用中に動き回ることができないなど利便性のことを確認した．

改善が課題であった．我々は，これらの問題点への対応を目指し新たな可搬型光治療器の試作開発を行った．本報ではその開発のために仕様と機能の計測評価を行ったので，その技術的項目をノートとして報告する．
* 室蘭工業大学 北海道室蘭市水元町 27-1
(E-mail: yuasa@mmm.muroran-it.ac.jp)** 北海道科学大学 北海道札幌市手稲区前田 7 条 15-4-1*** 株式会社電制 北海道江別市工栄町 8-13
* Muroran I.T., 27-1, Mizumoto, Muroran, Hokkaido** Hokkaido Univ. of Science, 7-Jo 15-4-1 Maeda, Teine, Sapporo, Hokkaido*** DENSEI COMMUNICATION Inc. 8-13, Kouei, Ebetsu, Hokkaido

Fig.1 Experimental device.

Fig. 2 Spectral reflectance ofLED with color filters.

３．計測評価
３．１

計測評価方法とから設計通りの照度が得られていることが確認できた．顔形状による個人差は，拡散形の照明方法を用いていることか開発した試作器を装着した場合における眼球上での照度をら，その影響は無視できると考えられる．

確認するため，Fig.3 に示す眼球照度計測装置を製作した．市次に，JIS C 7550「ランプ及びランプシステムの光生物学的販品のマネキンヘッドに，照度計（サンワ社製 LX2）の受光安全性」に基づく，「小型光源の青色光による網膜障害の実部が眼球の虹彩部の位置と一致するように取り付けた．さら効放射照度及び露光許容時間」に定義される安全基準に対すに，眼球に照射された光線が瞳孔を通り，網膜に到達した際る適合性を，Fig.4 の眼球モデルを用いて実験的に確認した．の分光放射照度を実験的に見積もるため，Fig.4 に示す眼球モ10 回測定した平均値が 73.96 lx，標準偏差が 0.51 であった．

デルを製作した．平均的なヒト眼球の直径は 25mm 程度であ一方，眼球上の照度が 10,000 lx，瞳経の直径が 2 mm，眼球のることから，内経 25.4mm のアクリル製半球ドームを 2 個用い媒体の透過率τが 0.9 の場合，網膜照度は，101.79 lx となる．

た．人の瞳孔経は 2 ~ 8mm まで変化するが，10,000lx の照度を今回製作した眼球モデルで計測した網膜照度が 73.96 lx である

照射することから，瞳側に 2mm の穴を開けた．また計測に用ことから，ほぼ人の特性を模擬した眼球モデルが製作できていた分光放射照度計（コニカミノルタ社製 CL-500A）の受光いることが分かる．

窓に合わせ，網膜側に 12mm の穴を開けた．
実際の眼球内部は硝子体で満たされているが，ここでの屈折率変化や光の吸収による網膜到達照度への影響は小さいと最後に JIS C 7550 にて規定されている，小型光源の青色光による網膜傷害の実効放射照度 EB 及び露光許容時間 tmax は，
式(1) および (2) で表される 4)．

考え，瞳から入射した光は眼球内で比較的均一に拡散反射し𝐸た後，網膜に到達すると仮定し，アクリル半球ドームの内側∑

𝐸 𝜆 𝐵 𝜆 Δ𝜆𝑡に硫酸バリウムを塗布し，小型の積分球の形態で製作した．

(1)
(2)

ここで，E (λ) は小型光源の分光放射強度，B (λ) は青色光障害作用関数，Δλは計測波長間隔（本実験では 5nm）である．
今回の試作器から照射された光を，眼球モデルを通して計測した分光放射強度測定値を用いて計算した結果，露光許容時
間 tmax = 4756.2 sec となった．JIS C 7550 の規定では，100 秒以上あれば「免除グループとリスクグループ１（低危険度）」
Fig.3 Eyeball illumination
measuring apparatus.

Fig.4 Eyeball model formeasurement of spectral
irradiance.に該当するが，本装置はその約 47 倍のマージンがあることから，十分に安全であると考えられる．

起床後の覚醒度・睡眠感の調査に，クレペリンテスト，
OSA 睡眠感調査票 MA 版，スタンフォード眠気尺度（SSS）を用いた．本来クレペリンテストは処理能力の評価に用いるが，今回はその結果を覚醒度の指標とした．ただし，クレペリンテストには学習効果があるため，評価実験の前に協力者には十分な練習時間（1 回 5 分で 10 回）を設定した．
また，評価実験の際には，上記に述べた計測事項の他に，体温計，体動計（ActiGraph 社製 Actisleep），睡眠計（タニタ社製 Sleepscan）も用いた．なおこの実験は，「室蘭工業大学
ヒトを対象とした研究に関する規則」の倫理規則に準拠し，承認を受け（承認番号 H27-04-S04），協力者の同意を得て行３．３

実験プロトコルと結果試作器の有効性を確認するため，実験プロトコルを設定し，評価実験を行った．実験の実施に当たり本研究の主旨を十分に理解し，同意が得られた 5 名を協力者とした．協力者は全員心身ともに健康な 20 歳代の男性である．実験期間は観察期，休息期，療法期の 3 期からなる．各期は 7 晩（8 日間）とし，観察期と療法期の期間中は 7:00 に起床，0:00 に就寝した．窓のない実験室にベッドを設置し，室内の温度は空調により20℃に設定した．室内照明を消灯することでほぼ暗室に近い状況を用意できるようにした．計測項目として，体動計は終っている．

日，睡眠計は就寝時，舌下体温は起床後 30 分間（10 分間隔），３．２

30 分後に行う．また比較検討のため，上記の実験の１ヶ月後

睡眠感調査 ( OSA, SSS ) とクレペリンテスト（5 分間）は起床
照度，分光特性，安全性試作器から適切な照度で光が眼球に照射されているか確認するため，Fig.3 の眼球照度計測装置を用いて計測を行った．
10 回測定した平均値が 10018.8 lx，標準偏差が 4.88 であるこに，同一の被験者に対して同一のプロトコルで，据置型の光治療器（Solartone 製 Bright Light ME）を用いた実験を行った．
ただし，各種計測結果に顕著な変化が見られなかったことから，観察期間を 5 日間に短縮した．

今回の評価実験では，協力者 5 名の各種計測結果に同様のそこで二元配置分散分析（反復測定）を行った結果，試作傾向が見られたことから，5 名の平均値で結果を表示する．

器が P=0.07，据置型が P=0.06 と有意傾向にあることが分かる．

ただし，睡眠計の計測データに関してはその特性上平均操作

また第 5 因子（睡眠時間）の分散分析を行ったところ，それが難しいと考えたため，協力者の典型的な結果の１例を Fig.5

ぞれ P=0.03 と P=0.01 となり，さらに SSS の分散分析結果もそに示す．Fig.5 (a) が試作器，Fig.5 (b) が据置型で，それぞれ上れぞれ P=0.02 と P=0.01 となり，有意差が認められる結果が得が観察期の 1 日目，下が療法期の 7 日目の結果である．睡眠られた．

レベル 4 が覚醒状態で，レベル 3 が REM 睡眠期，レベル 2 が今回協力者 5 名の評価実験結果から概ね試作器の光治療効浅睡眠，レベル 1 が深睡眠を示している．どちらも観察期は果を確認でき，また据置型と同等の効果が得られることも確

就寝から起床までに何度も覚醒と睡眠を繰り返しており，熟認できた．しかし，個人差の影響が生じやすい実験であるこ睡できていないことが分かる．一方，療法期はどちらも中途とから，今後協力者数を増やして結果の信頼性を向上させる

覚醒回数が減り，深睡眠時間が長くなっていることから，熟必要がある．
また，据置型の光治療器を，照度 1 万ルクスとなる距離睡できていることが分かる．
次に協力者 5 名のクレペリンテストの正答数平均値を Fig.6

40cm 離れた位置で 30 分間使用する実験を被験者 5 名に行ったに示す．(a)試作器と(b)据置型の両方において，観察期に比べところ，最大前後に±18cm，左右に-22 度から 34 度（正面がて療法期の方の正答数が上昇していることが分かる．

0 度）ずれ，照度が約 5,000 lx から 20,000 lx まで変化する結果

最後に協力者 5 名の OSA 回答結果の第１因子（起床時眠気） が得られた．照射中の照度を一定に保つには，光源からの距についてまとめた結果を Fig.7 に示す．Fig.7 から，観察期よ離と光線に対する顔面の角度を一定に保つ必要があり，据えりも療法期の方が点数の高い日がどちらも多いことが分かる． 置き型光治療器の場合利用者への負担が大きい．一方，今回開発した可搬型光治療器は，光源と眼球との距離・角度は一定に保たれており，利用者への負担がかなり小さいといえる．

４．おわりに
本報告では，著者らのグループが開発した睡眠障害のための光治療法に用いる可搬型光照射試作器について，機器としての概要を記した上で，開発に伴う仕様と機能の計測評価事(a) Developed device(b) Bright Light ME

Fig.5 Results of Sleepscan (Subject 5).

例を紹介した．これらの結果は，可搬型光照射器を設計する際の計測評価の手段として有用であることが確認できた．本
機器を用いることで，睡眠障害のみならず，うつ病，シフト勤務，時差ぼけなどその症例の改善にも広く応用可能であると考えられることから，本報告で示した計測評価方法が技術資料として有効に活用できると期待される．

参考文献(a) Developed device(b) Bright Light ME

Fig.6 Average number of correct answers in Kraepelin test.

1) Golden RN, Gaynes BN, Ekstrom RD, Hamer RM, Jacobsen FM,Suppes T, Wisner KL, Nemeroff CB. The efficacy of light therapy
in the treatment of mood disorders: a review and meta-analysis of
the evidence. Am J Psychiatry, 162, p656-662, (2005).
2) P. Badia, B. Myers, M. Boecker, J. Culpepper, Bright Light Effects
on Body Temperature, Alertness, EEG and Behavior, Physiology& Behavior, Vol. 50, pp.583-588, (1991).
3) G C Brainard et al. : Action Spectrum for Melatonin Regulation in(a) Developed device(b) Bright Light ME

Fig.7 Results of OSA (Sleepiness on rising).

Humans: Evidence for a Novel Circadian Photoreceptor, J.
Neurosci, 21, pp.6405-6412, (2001).
4) IEC62471/JIS C7550