パイロ素子及び微小酸素電極による屋外計測に向けた酸素摂取量計測システムの開発

使用热释电元件和微氧电极开发用于户外测量的摄氧量测量系统

• 批准号: 11680835
• 负责人: 新関 久一
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: Yamagata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11680835/
• 关键词: pyro素子; 呼吸流速計; ARXモデル; 酸素摂取量

日頃運動を継続して行うことが健康や体力を維持する上で良いことは誰でも認識しており、身体活動の指標となるエネルギー代謝量を把握することは健康管理を処方する上で有益な示唆を与えることになる。特に高齢者においては適正な運動処方のもとで健康管理を図ることが望まれる。エネルギー代謝の計測は酸素消費量を測定することが最も正確な方法ではあるが、フィールドにおける測定が困難なことから、歩行態様を含む歩行運動量や心拍数、あるいはそれら両者の線形重回帰をもとに推定されてきた。このような状況から本研究では、個人でも使用可能なフィールド向けの酸素摂取量の計測法を開発することを目的とした。具体的にはPyro効果を利用した小型呼気流速計を開発し、半導体微細加工技術によって生まれた微小酸素電極を組み合わせることによって、野外での運動中の酸素摂取量をリアルタイムに計測しようとするものである。今年度は薄膜型pyro素子を用いた呼吸流速計の開発を行った。呼吸用face maskのガス流入ポートに容量100ml程度のアクリル性のmixing chamberを接続し、このチャンバーの外側と内側にPolyvinylidine fluoride(PVDF)を素材とする薄膜素子を固定した。外側の素子を基準として、内側の素子から呼吸に伴う熱流速を検出し、各素子からの出力を電流-電圧変換回路で増幅後、差動増幅器を介して呼吸流速の変化を電圧として取り出した。Sinusoidalポンプを用いて37℃の空気を押し出す肺モデルを作成し、センサの出力特性を調べた。ポンプの流速を増すごとにセンサの出力は増大し、pyroセンサは熱流速を検出していることが確認された。次にmixing chamberに熱線流速計を接続し、被験者が安静時にランダム呼吸を行った時のpyro素子の出力と熱線流速計の出力間の伝達関数をARXモデルを用いて推定した。pyro素子の出力に安静時に計測したインパルス応答を乗ずることで呼気流速波形を推定し、種々の運動負荷における一回換気量を求め、熱線流速計で実測された値と比較した。その結果、個人毎にcalibration係数は異なるものの運動時の一回換気量を相関係数0.85以上で計測できることがわかった。今後は微小酸素電極と組み合わせて酸素摂取量の計測システムの開発を目指す。

Daily exercise is beneficial to health and physical maintenance. The health management of the patient is very important. The most accurate method for measuring the amount of acid consumed is to determine the amount of acid consumed. This study aims to develop a method for measuring the amount of acid available to individuals. In particular, the use of Pyro effect, the development of small flow meters, semiconductor micro-processing technology, the production of small acid electrode assembly, the field of sports in the acid measurement, the measurement of the amount of water. This year's thin film pyro element is used in the development of respiratory flow meters. The face mask has a volume of about 100ml, and the mixing chamber is connected to the outside and inside of the mask. Polyvinylidine fluoride(PVDF) is used as a material to fix the membrane. The outer element is a reference, the inner element is a respiration, and the heat flow rate is an output. The output of each element is a current-voltage conversion circuit. The differential amplifier is a dielectric. The respiration flow rate is an output. Sinusoidal power supply with 37 ° C air pressure to produce power supply characteristics Increase in flow rate and increase in output of heat exchanger The second mixing chamber is connected to the hot wire current meter, and the receiver is estimated to have the output of the pyro element during the quiet time and the output of the hot wire current meter. The output of pyro element is measured in quiet time. The output of pyro element is estimated in quiet time. The output of pyro element is calculated in quiet time. The output of pyro element is calculated in quiet time. The result, the individual calibration coefficient and the movement time of the first cycle of the correlation coefficient of 0.85 or more are measured. In the future, the development of measurement system for micro-acid electrode assembly and micro-acid electrode assembly will be pointed out.

项目成果

田中 要、田中正之、新関久一、宮本嘉巳: "パイロ素子を用いた携帯型換気量計測システム"医用電子と生体工学. 第37巻. 215 (1999)

Kaname Tanaka、Masayuki Tanaka、Hisakazu Shinseki 和 Yoshimi Miyamoto：“使用热释电元件的便携式通气测量系统”《医疗电子和生物工程》第 37 卷（1999 年）。