DEIM Forum 2017 B7-3
個人の末梢血液中ヘモグロビン濃度の時系列データ解析
竹内 裕之 児玉 直樹
高崎健康福祉大学 健康福祉学部医療情報学科 〒370-0033 群馬県高崎市中大類町 27-1
E-mail: {htakeuchi, kodama}@takasaki-u.ac.jp.
あらまし ４名の被験者を対象に，近赤外分光画像計測法を用いて末梢血液中ヘモグロビン濃度の日毎粒度の時 系列データを取得し，遅延相関分析法により生活習慣との関係を解析した．その結果，１）鉄分を多く含む食品や サプリメントの摂取はヘモグロビン濃度を増加させる，２）適度な継続的有酸素運動はヘモグロビン濃度を増加さ せるが，アスリートが行う激しいトレーニングは逆に減少させる，３）睡眠時間が長いとヘモグロビン濃度は増加 する傾向がある，ことなどが明らになった．これらにより，近赤外分光画像計測法による末梢血液中ヘモグロビン 濃度の無侵襲計測は，貧血など生活習慣病の予防に有効な手法であることが示唆された． キーワード ヘモグロビン濃度，時系列データ解析，遅延相関分析法
1. は じ め に
ウ ェ ア ラ ブ ル デ バ イ ス に よ り リ ア ル タ イ ム で 生 活 環 境 に お け る 個 人 の 生 体 情 報 や 運 動 量 を 計 測 し ， Bluetooth な ど の 無 線 技 術 に よ り ス マ ー ト フ ォ ン に デ ー タ を 伝 送 し て 個 人 健 康 管 理 を 行 う シ ス テ ム の 開 発 が 進 ん で い る [1]．こ れ ら の 膨 大 な 量 の デ ー タ（ ビ ッ グ デ ー タ ） は ク ラ ウ ド に 蓄 積 さ れ ， 何 ら か の 処 理 を し て シ ス テ ム ユ ー ザ の 健 康 管 理 に 役 立 つ 情 報 を 提 供 す る こ と が 期 待 さ れ て い る ． 最 近 の 国 際 学 会 の 潮 流 と し て も ， m(mobile)Health や p(personalized)Health と い っ た 概 念 が 浸 透 し て い る [2]． こ の 潮 流 は ， 個 人 の 健 康 状 態 を ス ト リ ー ム と し て 捉 え ， 時 系 列 的 な 変 化 や パ タ ー ン に 着 目 し て 健 康 管 理 を 行 う 新 し い 手 法 の 萌 芽 と み る べ き で あ る（ 図 １ ）．こ の た め に は ， 生 活 環 境 に お い て 無 侵 襲 で 簡 便 に 生 体 情 報 を 取 得 で き る 手 法 が 必 要 と な る ． 最 近 ， 比 較 的 生 体 を 透 過 し や す い 近 赤 外 光 を 用 い た 生 体 計 測 が ， こ の 目 的 に 沿 っ た 手 法 と し て 注 目 さ れ て い る ．例 え ば ，1998 年 に 行 わ れ た 厚 生 科 学 研 究 「 医 療 機 器 ・ 情 報 シ ス テ ム の 動 向 に 関 す る 調 査 研 究 」報 告 書 [3]の 在 宅 医 療 支 援 シ ス テ ム の イ メ ー ジ 図 に は ， 近 赤 外 光 を 用 い た 脳 機 能 計 測 が 描 か れ て い る（ 図 ２ ）．経 頭 蓋 骨 で 大 脳 皮 質 内 に 浸 透 し た 近 赤 外 光 の 脳 血 液 内 ヘ モ グ ロ ビ ン に よ る 吸 収 情 報 を 基 に 脳 血 液 量 変 化 を 計 測 す る NIRS（ Near Infrared Spectroscopic Imaging） と 呼 ば れ る 手 法 [4] で ， こ れ ま で 我 々 は ， 無 侵 襲 で 継 続 的 に デ ー タ を 取 得 で き る 長 所 を 活 か し 認 知 症 の 早 期 診 断 法 と し て の 可 能 性 を 検 討 し て き た [5]．さ ら に 最 近 で は 同 様 な 原 理 で ，近 赤 外 分 光 画 像 計 測 法 と 呼 ば れ る 末 梢 血 液 中 の ヘ モ グ ロ ビ ン 量 を 推 定 す る 手 法 が 開 発 さ れ た [6]． 本 研 究 で は ， 近 赤 外 分 光 画 像 計 測 法 が 末 梢 血 液 中 ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 を 無 侵 襲 で 継 続 的 に 取 得 で き る こ と に 着 目 し ， ４ 人 の 被 験 者 を 対 象 に 生 活 環 境 に お い て 半 年 間 時 系 列 的 に デ ー タ を 取 得 し ， そ れ ぞ れ の 被 験 者 の 生 活 習 慣 と の 関 係 に つ い て 遅 延 相 関 分 析 法 [7] を 用 い て 解 析 を 行 っ た ．2. 研 究 方 法
2.1. 被 験 者
本 研 究 の 被 験 者 は ， 研 究 実 施 時 ２ １ ～ ２ ２ 歳 の 男 女 4 名（ 本 学 学 生 ） で あ る ． 被 験 者 A（ 男 子 ） は 2015 年 の 6 月 1 日 か ら 11 月 30 日 ま で ， 被 験 者 B (男 子 )， C（ 女 子 ）， お よ び D（ 女 子 ） は 2016 年 の 6 月 １ 日 か ら 11 月 30 日 ま で の 半 年 間 ， ほ ぼ 毎 日 起 床 時 に 近 赤 外 分 光 画 像 計 測 法 に よ り ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 を 計 測 し た ． な お ，被 験 者 D は 運 動 専 門 部 に 属 す る ア ス リ ー ト で あ る ． 本 学 学 生 で あ る 個 々 の 被 験 者 と は 研 究 開 始 時 に 「 個 人 情 報 取 り 扱 い に 関 す る 覚 書 」 を 交 わ し て お り ， 匿 名 に て デ ー タ を 公 表 す る こ と が 了 承 さ れ て い る ． な お ， 本 研 究 を 含 む 大 き な 枠 組 み と し て の 「 個 人 健 康 管 理 シ ス テ ム の 研 究 」 に お け る デ ー タ の 扱 い に 関 し て 高 崎 健 康 福 祉 大 学 研 究 倫 理 委 員 会 に お け る 審 査 を 通 し て い る ．
2.2. データ取 得 方 法
2.2.1. 近 赤 外 分 光 画 像 計 測 法
ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 の 測 定 に は シ ス メ ッ ク ス 社 製 の 健 康 モ ニ タ リ ン グ 装 置（ ASTRIM）を 用 い た（ 図 ３ ）． 近 赤 外 分 光 画 像 計 測 法 の 原 理 に つ い て 以 下 に 述 べ る [6]．比 較 的 生 体 を 透 過 し や す い 波 長 の 光 を 用 い て 手 の 中 指 末 梢 血 管 の 透 過 画 像 を 得 る が ， こ の 血 管 像 の 濃 さ は 光 を 吸 収 す る 血 中 ヘ モ グ ロ ビ ン の 量 に よ っ て 決 ま る ． 本 装 置 で は ， 660nm, 805nm, 880nm の 3 波 長 の LED を 光 源 と し て ， そ れ ぞ れ の 波 長 帯 に 対 す る 血 管 像 の 濃 さ か ら ヘ モ グ ロ ビ ン 量 を 推 定 し て い る ． さ ら に 透 過 画 像 に よ り 血 管 の 径 が 判 る の で ， 血 液 中 の 単 位 体 積 当 た り の ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 を 求 め る こ と が で き る ． 本 手 法 に よ り 得 ら れ る の は ， あ く ま で も 近 赤 外 光 の 透 過 画 像 濃 度 に 基 づ く ヘ モ グ ロ ビ ン 量 の 推 定 値 な の で ASTRIM は 医 療 用 具 と し て は 承 認 さ れ て い な い ． シ ス メ ッ ク ス 社 の ASTRIM を 用 い て 測 定 し た ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 に 関 す る 研 究 は 最 近 多 く の 報 告 が あ る が ， 本 研 究 の よ う に 個 人 に つ い て 長 期 間 時 系 列 的 に デ ー タ を 蓄 積 し ， 生 活 習 慣 と の 関 係 を 解 析 し た 報 告 は 過 去 に な い ．2.2.2. 生 活 習 慣 デ ー タ
被 験 者 A, B, C は リ ス ト バ ン ド 型 の 活 動 量 計 （ Jawbone UP-24）を 装 着 し ，専 用 ア プ リ ケ ー シ ョ ン を 用 い て 自 己 の ス マ ー ト フ ォ ン と Bluetooth イ ン タ ー フ ェ ー ス で 連 動 さ せ ， 生 活 習 慣 と し て の 総 消 費 カ ロ リ ー と 睡 眠 時 間 を 計 測・記 録 し た ．ま た 被 験 者 D は ア ス リ ー ト 向 け 腕 時 計 型 ト レ ー ニ ン グ 記 録 装 置 PORAL RCX5 を 装 着 し ト レ ー ニ ン グ 中 の 消 費 カ ロ リ ー を 計 測 ・ 記 録 し た ． 被 験 者 A は ，鉄 分 を 多 く 含 む 食 品 と し て 摂 取 し 易 い 海 苔 と コ コ ア を ， 摂 取 量 を 意 識 的 に 変 化 さ せ て 摂 取 ， 被 験 者 B は 専 ら 海 苔 を 摂 取 し た ．こ れ ら は ，体 内 で は 吸 収 し に く い ３ 価 の 鉄 （ 非 ヘ ム 鉄 ） を 多 く 含 む 食 品 で あ る た め ，被 験 者 B は 吸 収 を 促 進 さ せ る た め に ビ タ ミ ン C を 同 時 補 給 し た ．ま た 被 験 者 C は ，体 内 で 吸 収 し や す い ２ 価 の 鉄 と ポ リ フ ィ リ ン 環 の 結 合 体 で あ る ヘ ム 鉄 を 含 む サ プ リ メ ン ト を 試 し た ．2.3. 遅 延 相 関 分 析 法
遅 延 相 関 分 析 法 は ，「 生 活 習 慣 の 蓄 積 が 健 康 状 態 に 変 化 を も た ら し ， そ の 影 響 は 時 間 遅 れ を も っ て 現 れ る こ と が あ る 」 と い う 極 め て シ ン プ ル な モ デ ル を ベ ー ス と し て い る ． 図 ４ に 示 す よ う に ， 健 康 状 態 h と 生 活 習 慣 e の 日 々 の 時 系 列 デ ー タ 間 に は 相 関 が 見 ら れ な く て も ， 生 活 習 慣 デ ー タ の 蓄 積 や そ の 健 康 状 態 へ の 影 響 の 遅 延 を 考 慮 す る と ， し ば し ば 健 康 状 態 の 変 化 と の 間 に 相 関 が み ら れ る こ と が あ る [7]．す な わ ち ，健 康 状 態 の 変 化 m n nmh
h
h
=
−
∆
(１ ) と 生 活 習 慣 デ ー タ の 蓄 積 j i i ij te
e
e
e
=
+
−1+
・・・
+
(２ ) の 間 に ，遅 延 期 間 s = n – i ≧ 1 を 考 慮 す る と 時 系 列 デ ー タ 間 に 隠 れ て い た 相 関 を あ ぶ り だ す こ と が で き る ． 相 関 の 評 価 に は 次 式 で 表 さ れ る 時 系 列 デ ー タ 間 の ピ ア ソ ン の 積 率 相 関 係 数 を 用 い る ．)
(
)
(
)
,
(
)
,
(
ij t nm ij t nm ij t nme
SD
h
SD
e
h
Cov
e
h
r
∆
∆
=
∆
(３ ) こ こ で ， r は 相 関 係 数 ， SD(⊿ hn m)は ⊿ hn mの 時 系 列 対 象 区 間 に お け る 標 準 偏 差 ，SD(et ij)は eti jの 時 系 列 対 象 区 間 に お け る 標 準 偏 差 ， Cov(⊿ hn m , eti j)は ⊿ hn mと et ijの 共 分 散 で あ る ． 本 研 究 で は ，健 康 状 態 h と し て ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 ， 生 活 習 慣 e と し て 鉄 分 を 多 く 含 む 食 品 や サ プ リ メ ン ト の 摂 取 量 ， 消 費 カ ロ リ ー ， 睡 眠 時 間 な ど の 時 系 列 デ ータ に つ い て ， n - m, i - j, s を パ ラ メ ー タ と し て 式 (３ ) の ピ ア ソ ン の 積 率 相 関 係 数 を 評 価 し ， 相 関 係 数 の 絶 対 値 が 最 大 と な る (n - m, i - j, s)の セ ッ ト ((n - m)ma x, (i - j)ma x, sma x)を 決 定 し ， そ の 条 件 下 で の 散 布 図 を 評 価 し た ．
3. 解 析 結 果
3.1. ヘモグロビン推 定 量 の時 系 列 変 化
４ 人 の 被 験 者 A, B, C, D に つ い て 6 月 1 日 ～ 11 月 30 日 の 半 年 間 の ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 の 時 系 列 変 化 を 図 ５ ～ ８ に そ れ ぞ れ 示 す ． 被 験 者 Ａ で は ， ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 の 時 系 列 変 化 に 特 に 目 立 っ た 特 徴 は 見 ら れ な か っ た ． 被 験 者 Ｂ で は ， 非 ヘ ム で は あ る が 鉄 分 を 多 く 含 む 海 苔 を あ る 期 間 定 量 摂 取 し た こ と の 効 果 と み ら れ る 変 化 が 見 ら れ た （ 図 ６ ）． 被 験 者 B が 摂 取 し た 海 苔 は 一 般 的 に 販 売 さ れ て い る 縦 27cm， 幅 13.5cm の シ ー ト 状 海 苔 で 摂 取 量 は 6 月 1 日 か ら 7 月 12 日 ま で は 毎 日 6 枚 ， 7 月 13 日 か ら 8 月 10 日 ま で は 毎 日 9 枚 ， 8 月 11 日 か ら は 8 月 31 日 ま で は 毎 日 0 枚 （ 摂 取 せ ず ） で ， 9 月 1 日 か ら は ラ ン ダ ム 摂 取 と し た ． 被 験 者 C は 市 販 さ れ て い る 体 内 に 吸 収 し 易 い ヘ ム 鉄 サ プ リ メ ン ト の 摂 取 を 試 み た ． ６ 月 １ 日 か ら 摂 取 を 開 始 し て い る が ， 図 ７ か ら 明 ら か な よ う に 2 週 間 ほ ど 経 過 し て ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 が 約 1 g/dl 増 加 し ，定 量 摂 取 を 続 け た 8 月 31 日 ま で は そ の ま ま 値 を キ ー プ し て い る ． な お ， 9 月 1 日 か ら は ラ ン ダ ム 摂 取 と し た ． 被 験 者 D は 大 学 の 運 動 専 門 部 に 属 す る ア ス リ ー ト で あ る ． 図 ８ の 時 系 列 変 化 に は ， 5 回 明 ら か な ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 の 落 ち 込 み 期 間 が あ る が ， こ れ ら は ハ ー ド ト レ ー ニ ン グ 期 間 お よ び 競 技 期 間 と 対 応 し て い る ． ハ ー ド ト レ ー ニ ン グ お よ び 競 技 の 時 期 が 過 ぎ る と ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 は 徐 々 に 回 復 し て い る ． な お ， 食 品 や サ プ リ メ ン ト の 摂 取 量 ， 運 動 量 の 変 動 に よ り ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 に 変 化 が 見 ら れ る が ， ４ 被 験 者 す べ て に 共 通 し て 6 月 1 日 ～ 8 月 31 日 の 夏 季 期 間 に 比 べ ，9 月 1 日 ～ 11 月 30 日 の 秋 季 期 間 に ベ ー ス ラ イ ン が 低 く な る 傾 向 が 見 ら れ た ．3.2. 遅 延 相 関 分 析 結 果
3.2.1. 鉄 分 を 多 く 含 む 食 品 摂 取 と の 相 関
被 験 者 A は 海 苔 と コ コ ア を 摂 取 し た が ，含 ま れ る 鉄分 は と も に 同 質 の 非 ヘ ム で あ る こ と か ら ， 生 活 習 慣 デ ー タ と し て は 両 者 の 食 品 に 含 ま れ る 鉄 分 成 分 の 合 算 値 を 用 い ， ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 変 化 と の 間 の 遅 延 相 関 分 析 を 行 っ た ． 対 象 と し た デ ー タ は 9 月 1 日 ～ 11 月 30 日 の 秋 季 3 ヵ 月 間 の 時 系 列 デ ー タ で あ る ． 分 析 の パ ラ メ ー タ 範 囲 は ， n – m =1~10, i – j = 0~9, s = 1~4 と し て 実 行 し た 結 果 ， n – m = 10 , i – j = 9 , s = 2 の パ ラ メ ー タ 条 件 で ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 の 変 化 と 鉄 分 摂 取 量 （ 合 算 値 ）と の 間 に 有 意 な 正 の 相 関（ p < 0.01）が 得 ら れ た ． 散 布 図 を 図 ９ に 示 す ． 被 験 者 B に つ い て は 図 ６ の 6 月 1 日 ～ 8 月 31 日 の 期 間 の 時 系 列 変 化 か ら 海 苔 摂 取 量 と の 対 応 は 明 ら か で あ る が ， 遅 延 相 関 分 析 を 上 記 と 同 じ パ ラ メ ー タ 範 囲 で 実 行 し た ． n – m = 10, i –j = 3, s = 1 の 条 件 で ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 変 化 と 海 苔 摂 取 量 の 間 に 有 意 な 正 の 相 関（ p < 0.01） を 確 認 し た （ 図 １ ０ ）．
3.2.2. 消 費 カ ロ リ ー と の 相 関
被 験 者 A, B, C に つ い て ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 変 化 と リ ス ト バ ン ド 型 活 動 量 計 Jawbone UP-24 で 表 示 さ れ る 総 消 費 カ ロ リ ー と の 間 の 遅 延 相 関 分 析 を 行 っ た ． Jawbone UP-24 に よ る 総 消 費 カ ロ リ ー は , 歩 行 そ の 他 運 動 な ど に よ る 活 動 消 費 エ ネ ル ギ ー と 基 礎 代 謝 を 合 計 し た も の で あ る ． 遅 延 相 関 分 析 は ， 対 象 デ ー タ を 6 月 1 日 ～ 8 月 31 日 の 夏 季 3 ヵ 月 間 の 時 系 列 デ ー タ と し ， 前 項 と 同 様 に n – m =1~10, i – j = 0~9, s = 1~4 の 範 囲 で パ ラ メ ー タ を 変 化 さ せ て 実 行 し た ． 表 １ に 示 し た よ う に ， 最 大 の 相 関 を 示 す パ ラ メ ー タ 条 件 は そ れ ぞ れ の 被 験 者 で 異 な る も の の ， す べ て の 被 験 者 に お い て 有 意 な 正 の 相 関（ p < 0.05）が み ら れ た ．例 と し て ，被 験 者 B に つ い て の 散 布 図 を 図 １ １ に 示 す ．3.2.3. 睡 眠 時 間 と の 相 関
被 験 者 A, B, C に つ い て ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 変 化 と Jawbone UP-24 に よ る 睡 眠 時 間 と の 間 の 遅 延 相 関 分 析 を 行 っ た ． 対 象 デ ー タ は 6 月 1 日 ～ 8 月 31 日 の 夏 季 3 ヵ 月 間 の 時 系 列 デ ー タ と し ， 分 析 の パ ラ メ ー タ 範 囲 は 前 と 同 様 で あ る ． 表 ２ か ら 明 ら か な よ う に パ ラ メ ー タ 条 件 は 異 な る も の の ，３ 被 験 者 す べ て に お い て 正 の 相 関 が 得 ら れ た ． 例 と し て 被 験 者 A に つ い て の 散 布 図 を 図 １ ２ に 示 す ．3.3. アスリートのデータの詳 細 分 析
ア ス リ ー ト で あ る 被 験 者 D に つ い て は ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 変 化 と ア ス リ ー ト 用 腕 時 計 型 ト レ ー ニ ン グ 記 録 装 置 PORAL RCX5 に 表 示 さ れ る 消 費 カ ロ リ ー と の 間 の 遅 延 相 関 分 析 を 行 っ た ．対 象 と し た デ ー タ は ，9 月 1 日 ～ 11 月 30 日 の 秋 季 3 ヵ 月 間 の 時 系 列 デ ー タ で あ る ． パ ラ メ ー タ 範 囲 は 同 様 で あ る ．n – m =10 , i – j =2 , s =1 , の 条 件 で ， 最 大 の 負 の 相 関 （ r = -0.540） が み ら れ た ． こ の 条 件 下 で の 散 布 図 を 図 １ ３ に 示 す ． ア ス リ ー ト が 行 う ハ ー ド な ト レ ー ニ ン グ は ヘ モ グ ロ ビ ン 量 を 減 少 さ せ る こ と が 判 る ． ま た ， ハ ー ド な ト レ ー ニ ン グ を 行 う ア ス リ ー ト に と っ て 食 事 に よ る 摂 取 カ ロ リ ー の 管 理 も 大 切 と 考 え ら れ る の で ， ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 変 化 と 食 事 に よ る 摂 取 カ ロ リ ー と の 間 の 遅 延 相 関 分 析 を 行 っ た ． 対 象 と し た デ ー タ の 期 間 と 分 析 の パ ラ メ ー タ 範 囲 は 上 記 と 同 じ で あ る ． n – m = 10, i – j = 3, s = 4 の 条 件 で 最 大 の 正 の 相 関 が み ら れ た ． こ の 条 件 下 で の 散 布 図 を 図 １ ４ に 示 す ． ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 変 化 と ト レ ー ニ ン グ に よ る 消 費 カ ロ リ ー の 間 に 負 の 相 関 が あ り ， 食 事 に よ る 摂 取 カ ロ リ ー と の 間 に 正 の 相 関 が あ る の で ， 3 日 間 の 消 費 カ ロ リ ー と 4 日 間 の 摂 取 カ ロ リ ー を 入 力 変 数 と し ， ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 の 数 値 デ ー タ を ， ”高 い ”， ”中 間 ”， ” 低 い ”，の ３ つ に カ テ ゴ リ ー 化 し た 値 を 持 つ 変 数 に 変 換 し た も の を 目 的 変 数 と し た 決 定 木 を 作 成 し た ． 結 果 を 図 １ ５ に 示 す ． ノ ー ド 4 が 非 常 に 良 く 分 類 さ れ て お り ，被 験 者 Ｄ の 場 合 ，「 4 日 間 の 食 事 に よ る 摂 取 カ ロ リ ー が 7712 kcal 以 下 で ， ト レ ー ニ ン グ に よ る 3 日 間 の 消 費 カ ロ リ ー が 2385 kcal を 超 え る と ヘ モ グ ロ ビ ン 量 は 低 い （ 15.0 g/dl を 下 回 る ）」 と い う ル ー ル (因 果 関 係 )が 抽 出 さ れ た ．4. 考 察
4.1. 鉄 分 を含 む食 品 の摂 取 とヘモグロビン推 定 量
末 梢 血 液 中 の ヘ モ グ ロ ビ ン 濃 度 は 生 活 習 慣 病 と さ れ て い る 貧 血 に 関 わ る 重 要 な 指 標 で あ る ． 一 般 に 末 梢 血 液 中 の ヘ モ グ ロ ビ ン 濃 度 を 増 加 さ せ る た め に は ， 鉄 分 を 多 く 含 む 食 品 も し く は サ プ リ メ ン ト の 摂 取 が 有 効 と さ れ て い る ． 被 験 者 A は 生 活 習 慣 と し て 海 苔 と コ コ ア の ２ 種 類 の 食 品 を ， 摂 取 量 を 小 刻 み に 変 化 さ せ て 摂 取 し ， 非 ヘ ム で は あ る が そ の 合 計 鉄 分 量 と ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 変 化 の 間 に 正 の 相 関 を 得 た ．ま た ，被 験 者 B は 海 苔 に タ ー ゲ ッ ト を 絞 り ， 6 月 1 日 ～ 8 月 31 日 の 夏 季 期 間 に 一 定 期 間 定 量 摂 取 し て ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 の 時 系 列 変 化 を 観 察 し ， 海 苔 摂 取 が 末 梢 血 液 中 の ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 を 増 加 さ せ る こ と を 確 認 し た ．9 月 1～ 11 月 30 日 の 秋 季 期 間 に お け る ラ ン ダ ム 摂 取 は あ ま り 効 果 が な い こ と が 判 っ た ．ま た ，被 験 者 C に お い て は 体 に 吸 収 さ れ や す い ヘ ム 鉄 サ プ リ メ ン ト 摂 取 の 効 果 が 時 系 列 変 化 に よ り 示 唆 さ れ た ． た だ し 長 期 間 の 定 量 摂 取 は 効 果 的 で あ る が ， ラ ン ダ ム に 摂 取 で は や は り そ の 効 果 は な く な る こ と が 判 っ た ． こ の よ う に ， 無 侵 襲 の 近 赤 外 分 光 画 像 計 測 法 を 用 い ， 継 続 か つ 時 系 列 的 に ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 を 計 測 す る こ と に よ り ， 鉄 分 を 多 く 含 む 食 品 や サ プ リ メ ン ト の 摂 取 効 果 が 明 ら か に な っ た ． な お ， ４ 被 験 者 の 半 年 間 の ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 の 時 系 列 デ ー タ に お い て ， 6 月 1 日 ～ 8 月 31 日 の 夏 季 期 間 よ り 9 月 1 日 ～ 11 月 30 日 の 秋 季 期 間 の ベ ー ス ラ イ ン が 共 通 し て 下 が っ て い る こ と が 認 め ら れ た ． 大 気 温 度 の 変 化 に よ る 季 節 変 動 の 可 能 性 が 考 え ら れ る ．4.2. 運 動 習 慣 とヘモグロビン推 定 量
被 験 者 A と C は 特 に 運 動 習 慣 は な か っ た が ，意 識 的 に ウ ォ ー キ ン グ を 生 活 習 慣 に 取 り 入 れ た ． ま た ， 被 験 者 B は 定 期 的 に 趣 味 と し て 軽 い 運 動 を 行 っ て い る ．遅 延 相 関 分 析 の 結 果 ， ３ 名 の 被 験 者 と も ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 変 化 と 総 消 費 カ ロ リ ー の 間 に 有 意 な 正 の 相 関 が み ら れ た ． こ こ で の 総 消 費 カ ロ リ ー に は 歩 行 そ の 他 運 動 に よ る 活 動 消 費 エ ネ ル ギ ー が 含 ま れ て お り ， 適 度 な 継 続 的 有 酸 素 運 動 が ヘ モ グ ロ ビ ン 量 を 増 加 さ せ る と い う 一 般 的 な 共 通 の 傾 向 が 現 れ て い る と 考 え ら れ る ．4.3. 睡 眠 時 間 とヘモグロビン推 定 量
遅 延 相 関 分 析 の 結 果 ， 被 験 者 A, B, C と も ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 変 化 と 睡 眠 時 間 の 間 に は 有 意 な 正 の 相 関 が 得 ら れ て い る ． 三 島 ら は 北 海 道 と 関 西 圏 の 高 校 生 を 対 象 に ，や は り シ ス メ ッ ク ス 社 の ASTRIM を 用 い た ヘ モ グ ロ ビ ン 濃 度 の 計 測 値 を 基 に 生 活 習 慣 と 貧 血 に 関 す る 広 範 囲 な 実 態 調 査 を 行 っ て お り ， 睡 眠 不 足 ・ 運 動 不 足 の 学 生 に 貧 血 傾 向 が 多 い と 報 告 し て い る [8]．本 研 究 の 結 果 は こ れ と 整 合 が と れ る も の で あ る ．4.4. アスリートにおけるヘモグロビン推 定 量
被 験 者 D は ア ス リ ー ト で あ り ， 通 常 ト レ ー ニ ン グ ， 合 宿 ト レ ー ニ ン グ な ど メ ニ ュ ー を こ な し て い る ． 図 ８ の ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 の 時 系 列 変 化 で 明 ら か に 減 少 し て い る 期 間 は ， 4 回 の ハ ー ド ト レ ー ニ ン グ と 競 技 が 実 施 さ れ た 時 期 と 一 致 し て い る ． こ の よ う に 激 し い 運 動 が ヘ モ グ ロ ビ ン 量 を 減 少 さ せ る こ と は 知 ら れ て お り ， そ の 原 因 と し て ， （ １ ） 例 え ば 足 裏 が 地 面 に 強 く 当 た る と 末 梢 血 管 中 で 赤 血 球 が 破 壊 さ れ ， そ の 中 に あ る ヘ モ グ ロ ビ ン が 漏 れ 出 る ， （ ２ ） 多 量 の 発 汗 時 に 鉄 分 が 一 緒 に 外 に 排 出 さ れ る ， こ と な ど が あ げ ら れ て い る [9]．ア ス リ ー ト に と っ て 注 意 を 要 す る 事 態 で あ る ． 遅 延 相 関 分 析 に よ り 得 ら れ る 散 布 図 （ 図 １ ３ ） か ら も ， ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 変 化 と ト レ ー ニ ン グ に よ る 消 費 カ ロ リ ー の 間 に は 強 い 負 の 相 関 が み ら れ た ． ハ ー ド ト レ ー ニ ン グ で 失 っ た ヘ モ グ ロ ビ ン を 再 生 す る た め に は 鉄 分 を 含 む 食 品 を 多 く 摂 取 す る こ と が 不 可 欠 で あ り ， 本 研 究 で も ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 変 化 と 食 事 に よ る 摂 取 カ ロ リ ー と の 遅 延 相 関 分 析 を 行 っ た ． そ の 結 果 正 の 相 関 が 得 ら れ た の で ， 消 費 カ ロ リ ー と 摂 取 カ ロ リ ー の バ ラ ン ス を 検 討 す る 視 点 か ら ， 両 者 を 入 力 変 数 と し ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 を 目 的 変 数 と し た 決 定 木 を 作 成 し た （ 図 １ ５ ）．そ の 結 果 得 ら れ た ル ー ル は ，ア ス リ ー ト の 健 康 ・ 体 調 管 理 に 有 用 な 情 報 に な る と 考 え ら れ る ．4.5. 近 赤 外 分 光 画 像 計 測 法 の評 価
近 赤 外 分 光 画 像 計 測 法 の 妥 当 性 評 価 に つ い て い く つ か の 報 告 例 が あ り ， 特 に 高 齢 者 に 対 し て は 貧 血 の ス ク リ ー ニ ン グ 手 法 と し て の 妥 当 性 に や や 問 題 が あ る こ と [10]や 被 験 者 依 存 性 の 問 題 が 指 摘 さ れ て い る [11]．こ れ ら は ， 手 指 皮 膚 表 面 や 皮 下 組 織 層 に よ る 光 散 乱 な ど の 影 響 の 個 人 差 に よ る と 考 え ら れ て い る ．従 っ て ，個 々 人 の 末 梢 血 液 中 の ヘ モ グ ロ ビ ン 濃 度 を 正 確 に 求 め て 貧 血 を 判 断 す る 手 法 と し て は 限 界 が あ る と 考 え ら れ る ． し か し ， 本 研 究 で み て き た よ う に ， 無 侵 襲 で 継 続 的 に デ ー タ を 取 得 で き る と い う 特 徴 を 活 か し て 時 系 列 的 に 個 人 の デ ー タ を 取 得 し て ， そ の 変 化 の 観 察 や 生 活 習 慣 と の 相 関 を 分 析 す る た め の 手 段 と し て は 十 分 有 効 で あ る と 考 え ら れ る ．5. ま と め
本 学 学 生 で あ る ４ 名 の 被 験 者 を 対 象 に ， 近 赤 外 分 光 画 像 計 測 法 に よ る 末 梢 血 液 中 ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 の 時 系 列 デ ー タ を 取 得 し ， 遅 延 相 関 分 析 法 に よ り 生 活 習 慣 と の 関 係 を 解 析 し た ． 得 ら れ た 主 な 結 果 を 以 下 に ま と め た ．（ １ ） 継 続 か つ 時 系 列 的 に ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 の 変 化 を 計 測 す る こ と に よ り ， 鉄 分 を 多 く 含 む 食 品 や サ プ リ メ ン ト の 摂 取 効 果 が 明 ら か に な っ た ． （ ２ ） 適 度 な 継 続 的 有 酸 素 運 動 は ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 を 増 加 さ せ る 傾 向 が 見 ら れ る が ， ア ス リ ー ト が 行 う 激 し い ト レ ー ニ ン グ は 逆 に ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 を 減 少 さ せ た ． （ ３ ） 睡 眠 時 間 が 長 い と ヘ モ グ ロ ビ ン 推 定 量 は 増 加 す る 傾 向 が み ら れ た ． こ れ ら の 結 果 に よ り ， 近 赤 外 分 光 画 像 計 測 法 は ， 無 侵 襲 で 継 続 的 に デ ー タ を 取 得 で き る と い う 特 徴 を 活 か し て 時 系 列 的 に 個 人 の デ ー タ を 取 得 し て ， そ の 変 化 の 観 察 や 生 活 習 慣 と の 相 関 を 分 析 す る た め の 手 段 と し て は 十 分 有 効 で あ る と 考 え ら れ る ． 謝 辞 本 研 究 に ご 協 力 い た だ い た 4 人 の 被 験 者 （ 本 学 医 療 情 報 学 科 ４ 年 生 （ 当 時 ）） に 深 く 感 謝 し ま す ． な お ， 本 研 究 は 文 部 科 学 省 科 研 費 （ 課 題 番 号 ： 26350868） の 助 成 を 受 け て い る ． ま た ， 日 本 デ ー タ ベ ー ス 学 会 と 日 立 製 作 所 に よ る 日 立 HiRDB ア カ デ ミ ッ ク 制 度 の 適 用 を 受 け て い る ．
参 考 文 献
[1] E. Kantoch, P. Augustyniak, M. Markiewicz and D. Prusak, “Monitoring Activities of Daily Living Based on a Wearable Wireless Body Sensor Network”, Proc. 36t h Annual International Conference of the IEEE EMBS, pp.586-589,2014.
[2] B. C. Zapata, A. H. Ninirola, J. L. Fernandez-Aleman and A. Toval, “Assessing the Privacy Policies in Mobile Personal Health Record”, Proc. 36t h Annual International Conference of the IEEE EMBS, pp. 4956-4959, 2014. [3] テ ク ノ ・ ヘ ル ス ・ コ ミ ュ ニ ケ ア ・ フ ォ ー ラ ム ， 平 成 9 年 度 厚 生 科 学 研 究 費 ， ”医 療 機 器 ・ 情 報 シ ス テ ム の 動 向 に 関 す る 調 査 研 究 ― 21 世 紀 に 向 け た 医 療 機 器・情 報 シ ス テ ム 開 発 の 在 り 方 に 関 す る 研 究 ― ”, 報 告 書 ， 1998. [4] 灰 田 宗 孝 ，“ NIRS（ 信 号 変 化 の 原 理 と 臨 床 応 用 ）”， 脳 循 環 代 謝 17(1), pp.1-10, 2005. [5] 高 橋 真 悟 ， 児 玉 直 樹 ， 小 杉 尚 子 ， 竹 内 裕 之 ，“ 近 赤 外 光 を 用 い た 認 知 症 患 者 に お け る 前 頭 前 野 血 流 量 の 検 討 ”， 電 気 学 会 論 文 誌 C 134(1), pp.35-40, 2014. [6] 小 澤 利 行 ， 浅 野 薫 ， 沼 田 成 弘 ， 蓮 井 康 嗣 ， 高 地 泰 浩 ， 石 原 謙 ，“ 近 赤 外 分 光 画 像 計 測 法 に よ る 血 中 ヘ モ グ ロ ビ ン 濃 度 の 無 侵 襲 測 定 ”， 生 体 医 工 学 43(1), pp.93-102, 2005. [7] 竹 内 裕 之 ， 児 玉 直 樹 ，“ 生 活 習 慣 と 健 康 状 態 に 関 す る 時 系 列 デ ー タ 解 析 手 法 の 開 発 ”， DEWS 2008 E1-5, 2008. [8] 三 島 利 紀 ， 小 澤 治 夫 ， 佐 藤 毅 ， 樽 谷 将 志 ， 西 山 幸 代 ，“ 高 校 生 の 生 活 と 貧 血 に 関 す る 実 態 調 査 ”， 北 海 道 教 育 大 学 釧 路 校 研 究 紀 要 38, pp.139-144, 2006. [9] 石 田 浩 之 ，“ ス ポ ー ツ と 貧 血 ― ヘ モ グ ロ ビ ン 正 常 , フ ェ リ チ ン 低 下 に ど う 対 応 す る か ？ － ”， 慶 應 義 塾 大 学 ス ポ ー ツ 医 学 研 究 セ ン タ ー 紀 要 ， pp.9-13, 2012. [10] 坪 内 美 穂 子 ， 徳 留 裕 子 ， 後 藤 千 穂 ， 他 7 名 ，“ 近 赤 外 分 光 画 像 計 測 法 に よ る 血 中 ヘ モ グ ロ ビ ン 測 定 濃 度 の 妥 当 性 に つ い て ”， 名 古 屋 文 理 大 学 紀 要 8, pp.69-74, 2008. [11] 小 田 和 磨 ， 湯 浅 昂 洋 ， 鬼 迫 一 雅 ，“ 近 赤 外 分 光 画 像 の 被 験 者 依 存 性 ”，広 島 工 業 大 学 紀 要 研 究 編 47, pp.41-45, 2013.
