学会誌

看護理工における看護学と理工学の連携

著者

藤江正克¹

所属

1. 早稲田大学理工学術院

要旨

ヘルスケアを行うロボットは人と物理的な接触を伴うため，精確に動くためには力学情報が非常に重要で，その情報の基礎は，材料力学，熱力学，流体力学など機械工学のいわゆる「力学」から得られることが外科治療分野では明らかになりつつある．生体数値シミュレーションモデルによって再現した仮想的な手術環境におけるシミュレーションを用いて，術中に生じる変形を術前に予測する．具体的には，術前の画像診断装置から得られた患者の肝臓の形状データから，有限要素法などの構造解析手法を用いて，生体の変形モデルを構築する．この際，生体モデルの各パラメータは，さまざまな患者のパラメータが蓄えられているデータベースから平均値等を利用して決定する．また，診断画像から画像解析等を用いることにより境界条件を特定し，モデルの境界条件として設定する．構築したモデルを用いてシミュレーションを行うことで，最適な刺入位置・刺入角度を探索する．これはヘルスケアの大きな部分を占める看護領域でも今後の重要な研究課題であり，「痛い」だけでなく「痒い」あるいは「怖い」といった評価をこれまでのように定性的にするだけでなく定量的評価ができる技術の構築である．

キーワード

低侵襲看護，ヘルスケアロボット技術，人体組織運動学

Cooperation of nursing science and engineering

Author(s)

Masakatsu G. Fujie¹

Affiliation

1. Faculty of Science and Engineering, Waseda University

Abstract

Minimally invasive therapy and personalized treatment is important in future medical and healthcare procedure. Thence, advanced surgical system developed with robot technology has recently become the main feature of minimal invasive therapy performs. The procedure with surgical robot should be planned and executed based on the mechanical models, such as kinetic model of surgeon and internal dynamic model of patient organ/tissue. The model needs to be optimized to personalize and actual characteristics of patient and surgeon, to realize the accurate performance with surgical robot system. For example, material mechanics modeling is used to analyze and simulate the deformation of soft tissue. These model is used to navigate the needle to reach the target in optimal trajectory in needle insertion supporting system. Moreover, thermal mechanics modeling is employed for calculating the energy transfer in thermal therapy, which includes not only heat transfer mechanism, but also fluid mechanism to consider effect of heat absorption from blood vessels. In the future, coupled modeling including four mechanical dynamics（material mechanics, mechanical dynamics, thermal dynamics and fluid dynamics）is considerable. For nursing not only without pain but also itch and fear is the main features. It means that Research target is from qualitative to quantitative evaluation.

Keyword

minimally invasive nursing，medical robotics，human tissue modeling dynamics

少子高齢化時代における看護理工学の役割 －転倒予防を題材として－

著者

中島勧¹

所属

1. 金沢大学医薬保健研究域保健学系

要旨

わが国は2010年頃から人口減少に転じているが，高齢者人口は急速に増加し，政策的誘導もあり在宅医療を受ける高齢者が増加する．これまで医療施設における転倒転落に伴う外傷は，医療安全上の最大の課題であり，その被害を軽減するために全国の医療機関で看護師が日夜奮闘努力してきた．今後は医療機関以外の場所で療養生活を送る高齢者が増加し，高齢者の転倒予防は医療機関のみならず家庭や施設でも必須のものになる．そのため健常者の社会から障壁を除去するバリアフリーの発想から，障害の有無，年齢，性別等にかかわらず多様な人々が利用しやすいよう都市や生活環境をデザインするというユニバーサルデザインの考え方に転換する必要がある．看護師が経験知として蓄積してきた転倒予防対策が，ユニバーサルデザインの過程に活かされるためには，看護理工学の視点が必須である．少子高齢化の時代に生じる社会問題の解決に看護理工学の発展が大いに期待される．

キーワード

転倒，少子高齢化，看護理工学

The role of the nursing science and engineering for the decreasing birthrate and aging population, concerning the prevention of falling of elderly

Author(s)

Susumu Nakajima¹

Affiliation

1. Emergency and Critical Care Center, Hospital of the University of Tokyo

Abstract

While Japanese population has been turned to decline around 2010, the increase in the elderly population is proceeding rapidly and the home care elderly are increasing by induction of policy. Trauma due to the falls in elderly in hospitals is the biggest problem in the medical safety, nurses in all medical institutions have been struggling effort day and night in order to reduce the damage. Future increases recuperation life elderly people in places other than medical institutions, prevention of the falls in elderly also become indispensable in the home or facility not only medical institution. Therefore from the barrier-free design that removes the barrier from the society of healthy people, we should change the concept of our society to the universal design for all people regardless of gender, age and disability. The point of view of the nursing science and engineering is essential when the prevention measures of nurses accumulated as empirical knowledge are utilized for the process of universal design. Development of nursing science and engineering is expected greatly to the resolution of the social problems that arise in an era of declining birthrate and aging population.

Keyword

falls in elderly，decreasing birthrate and aging of population，nursing science and engineering

UV照射マウスおよび肥満マウス皮膚における抗酸化酵素遺伝子（SOD1, CAT, GPX, HMOX1）の発現プロファイル

著者

西島良美＊^1,2 伊吹愛＊³ 峰松健夫¹ 真田弘美¹

所属

1. 東京大学大学院医学系研究科健康科学・看護学専攻老年看護学/創傷看護学
2. 帝京大学医学部解剖学講座
3. 横浜市立大学大学院医学系研究科・医学部看護生命科学
＊両者を筆頭著者とする。

要旨

皮膚での酸化ストレス上昇は種々の皮膚疾患に繋がる．私達は，毛根を試料として用いたRT-PCR法による還元酵素（HMOX1）の発現解析が皮膚の酸化ストレスレベルを反映することを報告した．この方法は簡便かつ低侵襲な方法として有用と考えられるが，臨床応用に向けて，異なる酸化ストレスにおける抗酸化酵素の発現プロファイルを明らかにする必要がある．そこで本研究では，異なる酸化ストレスモデルマウス（UV照射群および肥満群）における抗酸化酵素SOD1，CAT，GPXおよびHMOX1の発現量を対照群と比較し，その発現プロファイルの比較検討を行った．SOD1は両群で対照群よりも高い発現量を認めた．一方CAT，GPXおよびHMOX1は肥満群でのみ上昇しており，これらの結果は特にmRNA発現解析で認められた．これにより皮膚における抗酸化酵素遺伝子（SOD1, CAT, GPX, HMOX1）のmRNA発現解析は，酸化ストレスの原因推定も可能な簡便かつ低侵襲的な評価法として皮膚疾患の予防的スキンケアへと寄与できる可能性が考えられた．

キーワード

マウス，酸化ストレス，肥満，皮膚，紫外線

Expression profiles of the antioxidant enzymes gene（SOD1, CAT, GPX, and HMOX1）in the skin of UV-irradiated and obese mice

Author(s)

Yoshimi Nishijima＊^1,2 Ai Ibuki＊³ Takeo Minematsu¹ Hiromi Sanada¹

Affiliation

1. Department of Gerontological Nursing/Wound Care Management, Graduate School of Medicine, The University of Tokyo
2. Department of Anatomy, Teikyo University School of Medicine
3. Department of Biological Science and Nursing, Graduate School of Medicine, Yokohama City University
*These authors contributed equally to this work.

Abstract

Oxidative stress is an established risk factor for several dermatological diseases in obese skin. We previously reported that elevated mRNA expression of an antioxidant enzyme gene, heme oxygenase 1（HMOX1）, in the follicular cells of body hair was associated with dermal structural changes in obese subjects. Although this method enables non-invasive assessment of oxidative stress in the skin, it is necessary to evaluate the expression of antioxidant enzymes under different conditions. The purpose of this study was to measure the expression of antioxidant enzymes in skin with acutely induced and chronic elevation of oxidative stress. Using the dorsal skin of untreated wild-type mice（control）, UV-irradiated wild-type mice, and obese（ob/ob）mice, mRNA and protein levels of four antioxidant enzymes, superoxide dismutase 1（SOD1）, catalase（CAT）, glutathione peroxidase（GPX）, and HMOX1, were evaluated. SOD1 was elevated in both UV-irradiated and obese mice, while CAT, GPX, and HMOX1 were only increased in obese mice. These differences were more prominent at the mRNA level. Thus, analysis of mRNA expression of antioxidant enzymes（SOD1, CAT, GPX, and HMOX1）skin oxidative stress.

Keyword

mouse，oxidative stress，obesity，skin，ultraviolet

ファイナンス理論を用いた高齢者の居宅見守りシステムにおける異変検出

著者

森　武俊¹ 小路和幸¹ 野口博史¹ 亀山祐美¹ 真田弘美¹ 秋下雅弘¹ 大江和彦¹

所属

1. 東京大学大学院医学系研究科

要旨

一人暮らしの高齢者の活動レベルを人感センサでモニタリングする見守りシステムを対象に生活行動の異変検出手法を開発した．モデル化および検出アルゴリズム開発は，ファイナンスにおいて研究が進められてきた方法論にもとづいて行った．アプローチとして，まず，活動レベルのデータ特性を明らかにするため，144軒の独居高齢者居宅の収集データから，データのトレンドとボラティリティに着目した4つのタイプへ分類した．続いて，おのおののタイプの特性に適合したファイナンスモデルを適用し，これらモデルによって予測される確率分布の95％信頼区間からの外れ値を異変とするアルゴリズムを構成した．たとえば，トレンドが有り，ボラティリティが一定という特性を有するタイプの高齢者活動データには原資産価格モデルをあてる．人手による異変検知との比較検証を行い，さらに健康状態に関する対照データのある数名の活動レベルモニタリングデータに対して本手法を応用し異変検知の有効性を確認した．

キーワード

活動レベルデータ，異変検知，アセット価格モデル，高齢者ケアサービス，GARCH

Anomaly detection in home monitoring system for the elderly using financial theories

Author(s)

Taketoshi Mori¹ Kazuyuki Komichi¹ Hiroshi Noguchi¹ Yumi Umeda-Kameyama² Hiromi Sanada³ Masahiro Akishita² Kazuhiko Ohe⁴

Affiliation

1. Department of Life Support Technology, Graduate School of Medicine, The University of Tokyo
2. Department of Geriatrics, Graduate School of Medicine, The University of Tokyo
3. Department of Gerontological Nursing, Graduate School of Medicine, The University of Tokyo
4. Department of Healthcare Information Systems, Graduate School of Medicine, The University of Tokyo

Abstract

The need for home monitoring systems for the elderly is growing because the number of the elderly living alone is on the rise. We propose an anomaly detection method in a home monitoring system for the elderly that takes a time-series of the subject’s activity level data captured by simplistic motion sensors as its input. First, the activity level data were classified into four types based on the trend and volatility of the data of 144 elderly people. Second, we then applied financial models that are suitable for each type of data in order to detect anomalies. For example, an underlying asset pricing model was applied to the data that exhibited trend-presence and constant-volatility. Here an anomaly was defined to be a datum that lies outside the 95% confidence interval for the given model. Finally, the feasibility of this method was evaluated by applying it to the data from a nation project on the activity of elderly people.

Keyword

activity data, anomaly detection, asset pricing model, elderly care service, GARCH

振戦を抑制する上肢装具の設計に向けた前腕の粘弾性分布の測

著者

川﨑基資¹ 築根まり子^1,2 松本侑也¹ 關雅俊^3,4 小林洋^4,5 宮下朋之⁵ 藤江正克⁵

所属

1. 早稲田大学大学院創造理工学研究科
2. 早稲田大学重点領域研究機構
3. 株式会社菊池製作所
4. 早稲田大学理工学術院総合研究所
5. 早稲田大学理工学術院

要旨

本研究では，本態性振戦患者の振戦を抑制する効果の高い上肢装具を設計するために，生体軟組織が有する動的粘弾性のうち粘性要素が振動を抑制することに着目し，粘性の影響が大きい部位を装着部位とする設計指針を提案している．本論文では，人体に変位の強制振動を与えた際の変位と力の位相差を動的粘弾性の指標として，若年健常者3名の右前腕の掌側面における位相差分布を測定し，位相差分布の個人間の相関と，超音波画像を用いた内部構造の観察を行った．その結果，腱膜が厚い前腕近位部は位相差分布の個人差が小さいが，最小2.03［°］と低い位相差を示したため，拘束部位には向かないことが示された．一方，前腕遠位部は最大10.9［°］と位相差が高く拘束部位として適しているが，位相差分布の個人差が大きいことが示された．この結果を用いて，今後は，超音波画像診断と位相差測定をした振戦抑制装具のオーダーメイド設計手法を検討する．

キーワード

本態性振戦，生体軟組織，粘弾性，装具，生体計測

Measurement of forearm’s viscoelastic distribution for tremor suppression robot design

Author(s)

Motoji Kawasaki¹ Mariko Tsukune^1,2 Yuya Matsumoto¹ Masatoshi Seki^3,4 Yo Kobayashi^4,5 Tomoyuki Miyashita⁵ Masakatsu G. Fujie⁵

Affiliation

1. Graduate School of Creative Science and Engineering, Waseda University
2. Organization for University Research Initiatives, Waseda University
3. KIKUCHI SEISAKUSHO Co., Ltd.
4. Waseda Research Institute for Science and Engineering
5. Faculty of Science and Engineering

Abstract

We focused on viscoelasticity of soft biological tissue as a quantitative index to design a wearable tremor suppressing robot frame with high suppression capability. We propose a design method for the robot frame that select parts having high viscosity in the forearm as positions where the robot frame is attached, because high viscosity have the potential to suppress tremor. In this research, we use phase shift between displacement and reaction force from the soft biological tissue as an indicator of viscoelasticity based on forced oscillation model of soft biological tissue by tremor, and investigate the viscoelasticity distribution on a palm side of the forearm in three younger subjects. Additionally, we observed the correlation of the distribution between the subjects and the anatomical features with an ultrasonograph. As a result, proximal part from the elbow with thick aponeurosis had resembled distribution and showed minimum phase shift of 2.03［°］, therefore this part is not suitable for suppressing. Distal part from the elbow showed maximum phase shift of 10.9［°］, therefore this part is suitable for suppressing, but showed individual distribution. We will develop the individualized design method of the robot frame using these results.

Keyword

essential tremor，soft biological tissue，viscoelasticity，orthosis，biological measurement

体外式バイオフィードバック装置を用いた女性の骨盤底筋群の機能と腹圧性尿失禁の関連性の検討

著者

松野悟之¹ 岡山久代² 二宮早苗³ 内藤紀代子⁴ 森川茂廣²

所属

1. 南草津病院リハビリテーション課
2. 滋賀医科大学医学部看護学科
3. 京都大学大学院医学研究科人間健康科学系専攻
4. びわこ学院大学教育福祉学部子ども学科

要旨

骨盤底筋トレーニングのための体外式バイオフィードバック装置を用いて女性の骨盤底筋群の機能と腹圧性尿失禁の関連性を検討することを目的とした．147名の女性を対象に骨盤底筋群の最大筋力および収縮持続時間，尿失禁症状，体組成，一般属性を調査し，ロジスティック回帰分析を用いて各因子の腹圧性尿失禁の発症に対するオッズ比を算出した．結果，腹圧性尿失禁の発症に対する有意な要因として，分娩経験（オッズ比：2.694，95％信頼区間：1.058-6.859）および骨盤底筋群の収縮持続時間（0.861，0.777-0.954）が抽出された．今回，収縮持続時間の短縮も抽出されたことから，収縮持続時間に関与すると考えられる骨盤底筋群の遅筋線維が腹圧性尿失禁の防止に重要な役割をもつことが示唆された．骨盤底筋群を強化する際には，収縮持続時間の延長を促すことで腹圧性尿失禁の効果的な改善につながる可能性が示唆された．

キーワード

骨盤底筋群，体外式バイオフィードバック装置，腹圧性尿失禁

Relationship between stress urinary incontinence and pelvic floor muscle function in women using an extracorporeal biofeedback device

Author(s)

Satoshi Matsuno¹ Hisayo Okayama² Sanae Ninomiya³ Kiyoko Naito⁴ Shigehiro Morikawa²

Affiliation

1. Department of Rehabilitation, South Kusatsu Hospital
2. Department of Nursing, Shiga University of Medical Science
3. Human Health Science, Graduate School of Medicine, Kyoto University
4. Department of Childhood Care, Faculty of Education Welfare, Biwako Gakuin University

Abstract

The purpose of this study was to examine the relationship between stress urinary incontinence and pelvic floor muscle function in women using an extracorporeal biofeedback device for training. The maximal contractile power and duration of pelvic floor muscle contraction were evaluated in 147 women using this device with their clothes on. In addition, the symptoms of urinary incontinence, body composition and demographic data were investigated. A multiple logistic regression analysis was used to calculate odds ratio of individual parameters for stress urinary incontinence. As a result, childbirth experience（odds ratio：2.694, 95% confidence interval：1.058-6.859）and the duration of pelvic floor muscle contraction（0.861, 0.777-0.954）have been extracted as significant parameters. Our results suggested that slow twitch muscle fibers of pelvic floor muscle, which might contribute the duration of contraction, played an important role to prevent stress urinary incontinence.

Keyword

pelvic floor muscle，extracorporeal biofeedback device，stress urinary incontinence