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私の研究

医 療 工 学
〜次世代ヘルスケアシステムの開発〜

酒谷薫（さかたに かおる）

日本大学工学部電気電子工学学科 教授
次世代工学技術研究センター長

１．はじめに確に計測できるが、大規模な設備を要し、また計高齢化社会の進展に伴い、認知症など老人特有測に要する費用も高額である。MRI も高額機器の精神神経疾患が急速に増加している。厚労省やであり、また大規模設備を要するため一般に使用

WHO の統計によると、認知症患者数は2005年にすることは困難である。一方、光トポグラフィー

は我が国で200万人、全世界で2,440万人であったなどの光学的脳機能計測法（NIRS）は、PET やが、2030年にはそれぞれ330万人と4,400万人にまMRI と比較すると装置が小型で価格も安く、まで増加すると推測されている。また社会的ストレた非侵襲的なため、近年、急速に脳機能研究に使スの増加に伴い、うつ病も増加の一途をたどって用されるようになった［１］。我々は、資生堂と共いる。特に老人性うつ病は自殺率が高く、認知症

同で NIRS を用いた脳ストレスの客観的評価法をと並び高齢者医療の大きなテーマとなっており、開発した（図１）。ストレス課題（暗算）を与え女性では60歳代、70歳代が深刻な状況にある。したときの前頭葉の活動バターンからストレス度をかし一方で、保険財政の困窮などから医療費の節客観的に評価するものである。すなわち、右優位約が望まれており、高齢者の脳とこころの健康をの反応を示す例ではストレス反応が強く現れスト維持・増進し、脳疾患を予防する方法を確立する

レス耐性が低いが、左優位ではストレス反応が弱ことは極めて重要な課題である。

く、逆にストレスに耐性があるのである［２ ４］。

そこで、私の研究室では、これらの課題を解決するために、脳と心の健康増進により病気を予防することを目的とした次世代ヘルスケアシステムを研究開発してきたので紹介する。

２．光による脳機能の可視化
高齢者の脳と心の健康状態を評価する上で、脳機能、特に認知機能を定量的に計測することは重要である。例えば、放射線同位元素を用いる PET（Positron Emission Tomography）は脳機能を正42

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図１

光トポグラフィーによる脳ストレスの評価法

私の研究（HOT121B；日立）（PNIRS HM；浜松ホトニクス）
図２

小型ウエアラブル NIRS

しかし、光トポグラフィーなどのマルチチャンネル式 NIRS は、多くの測定プローブの頭部への装着に時間がかかり被験者への負担も少なくない。特に、認知機能の低下した高齢者には適していない。また光トポグラフィーは、主に医療施設や研究室での使用を前提にして設計されており、高齢者施設や在宅医療現場における計測には向いていない。そこで小型のウエアラブル NIRS が開発された（図２）。

図３

運動による前頭前野の活動変化

ウエアラブル NIRS は２チャンネルであるが、ストレス評価だけでなく高齢者の認知機能の定量に計測することは困難である。そこで、複数（12的評価も可能である（図３）。運動前後に認知機個）の圧電センサーを用いて、睡眠時の体の振動能課題に対する前頭葉の反応を NIRS で計測するから心拍数、呼吸数、体動、離床を遠隔でモニと、認知機能の向上に伴い前頭葉活動が増加するターできる装置を開発した（図４）。

［５］

ことが明らかになった。

図５は睡眠時無呼吸症候群の計測例である。上段が心拍数、下段が呼吸数の波形となっている。

３．睡眠センサーの開発

下段枠内が無呼吸発生時の呼吸状態を示してお高齢者の睡眠時には、不整脈などの心疾患や睡り、上段枠内は無呼吸発生時の心拍である。無呼眠時無呼吸症候群をはじめ様々な重症度の症状が吸の発生に伴い心拍数も低下しており、心循環器発生する可能性がある。しかしながら、高齢者施系にも負荷がかかっていることが推察される。な設や一般住宅では、それらの変化をリアルタイム

お、本睡眠モニターは㈱ NJI より市販予定である。

図４

睡眠モニターの外観。マットレスの下に敷いて使用（黒いテープはサイズ比較用：30㎝）。

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私の研究

枠内は無呼吸発生時の心拍状態

枠内は無呼吸発生時

図５

睡眠モニターによる睡眠時無呼吸症候群の計測例

図６

ICT ヘルスケアシステムの概念図

４．ICT ヘルスケアシステムの開発
現在、ICT 技術を活用し、上述の NIRS によるとが期待される。図６は ICT ヘルスケアシステ
ムの概念図である。

脳機能計測データや睡眠モニターで計測された心拍、呼吸などの生理学的情報を遠隔で管理、蓄積

５．未病治療の研究し、各個人の Personal Life Record（PLR）を作

疾患を予防するためには病気になる前段階（未成するシステムを開発している。PLR を作成す病）で治療を始める必要がある。しかしながら、ることにより健康状態の悪化をいち早く検出する予防を目的とした薬物治療は保険診療の対象外なことが可能となり、さらに医療施設と PLR 情報

ので非薬物療法（いわゆるセラピー）が重要な手を共有することにより効率的な診断治療を行うこ段となる。我々は、化粧療法などのストレスや認

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私の研究

図７

化粧療法の前頭葉機能とストレス反応に対する効果

知機能障害に対するセラピー効果を脳科学的に実証する研究を行ってきた［６］skin conditions : a near infrared spectroscopy。図７は化粧療法前

study. Brain Research 1184：210−216，2007．

後の前頭葉活動（NIRS 計測）と副腎皮質ホルモ５．Tsujii T, et al. : Acute effects of physical

ン量（唾液）の変化を示している。化粧療法によexercise on prefrontal cortex activity in older

り前頭葉機能が向上し、ストレスが軽減している

adults : a functional near-infrared spectroscopy

ことが分かる。

study. Adv Exp Med Biol. 765：293−298，
2013．

６．まとめ

６．Machida A, et al. : Effects of Cosmetic

少子高齢化の次に控えている問題は人口の急激

Therapy on Cognitive Function in Elderly

な減少に伴う公的保険財源のさらなる困窮であ

Women Evaluated by Time-Resolved

る。私どもは、この問題を解決するひとつの方法

Spectroscopy Study.

として、ICT による PLR や予防的セラピーを活876：289−295，2016．

Adv Exp Med Biol.

用した次世代ヘルスケアシステムを研究開発している。なお、2015年１月より郡山市と共同で本シ< プロフィール >ステムの実証実験を郡山市内で開始している。

医学博士（大阪医科大学、昭和62年）、工学博士（北海道大学、平成10年）、脳神経外科< 参考文献 >１．酒谷薫 監修「NIRS：基礎と臨床」（2012年，新興医学出版）
２．酒谷薫：ストレス反応とリラクゼーション効果における前頭前野の役割．自律神経45（３），128−133，2008．
３．Sakatani K. Optical diagnosis of mental
stress : review. Adv Exp Med Biol. 737：89−95，2012．
４．Tanida M, et al. : Relation between mental
stress-induced prefrontal cortex activity and専門医
昭和56年 大阪医科大学医学部卒業、脳神経外科入局及び大学院入学、昭和62年 同大学院修了、New York 大学医学部脳神経外科・博士課程研究員、平成元年 同・助教授、平成２年
Yale 大学医学部神経内科・客員助教授（兼任）、平成15年 日本大学医学部脳神経外科学系・光量子脳工学分野教授、平成24年より工学部電気電子工学科教授、医学部脳神経外科兼担教授

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