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産学連携の始め方、落とし穴、成功の条件と秘訣、失敗事例と成功事例

産学連携入門

  1. ここからはじめる! 産学官連携 産学官連携プロジェクトや、大学等の技術シーズを活用した新事業創出に向けて 経済産業省 中部経済産業:64ページの小冊子PDF
  2. 産学官連携のススメ 農林水産・食品分野における産学官連携ガイドブック  16ページ小冊子PDF
  3. 産学官連携による共同研究強化のためのガイドライン【追補版】産学官連携を通じた令和価値創造に向けて 令和2年6月30日 文部科学省 経済産業省 84ページPDF

産学連携における企業側のメリット

企業が独自で新しい技術や製品やサービスなどの開発を行う場合、材料や設備のほかに必要になるのは「人材」です。専門的なプロジェクトにふさわしい知識や経験をそなえた人材を確保するのは容易なことではありませんが、これができなければコストも時間も無尽蔵にかかってしまいます。産学連携において大学は、人材という側面で企業の強力なパートナーとなり得ます。大学教員(研究者)は何といってもその分野の専門家だからです。この場合の人材とはすなわち知識であり経験であり研究スキルそのものなのです。(産学連携STEP1 何ができる? 産学連携のメリット 信州大学 研究推進部)

産学連携のパターン

  1. 装置産業型:企業が保有したとしてもたまにしか使わない高額の工作機械や測定装置を大学の研究室が保有し、複数の企業が共同研究や委託研究で大学を介して利用する。
  2. 研究員型:大学教員を、企業の研究員あるいは熟練した研究マネジャーとして使う。
  3. れん型:○○大学と共同研究しています、○○先生の試験研究で効果が確かめられました、といった連携事実そのものが主たる目的。
  4. 無償労働力提供型学位研究として、企業の試験研究や実験を大学の学生にさせる。企業は安価に目的が達成でき、教員も自由になる研究費が得られ双方にメリット。

(参考:産学官連携の心得~門前の小僧の経験から〜 東京大学 国際高等研究所サステイナビリティ学連携研究機構 教授 沖 大幹 産学官連携ジャーナル)

オープンイノベーション

  1. オープンイノベーション白書 第二版 JOIC NEDO 変化の激しい競争環境の中で、自社のリソースのみでイノベーションを起すことはもはや不可能です。 ‥ 大企業とベンチャー企業間の協業・連携が急速に増加するとともに、 日本企業においてもコーポレート・ベンチャー・キャピタル (CVC)、ベンチャー企業を支援するインキュベーション施設、アクセラレータープログラムの設置などの取り組みが加速するなど、オープンイノベーションを巡る情勢は急速に進化しました。 ‥ 2015年度の我が国の研究費総額はおよそ18.9兆円であり、負担者側、使用者側ともに筆頭は民間企業である。その内訳を図表 2-2に示す。このうち、企業が負担している研究費は13.6兆円に及ぶが、 企業から大学への研究費は923億円に留まっている。‥ 平成28年度の我が国の研究者数(実数)は91.8万人で、企業の54.7万人がもっとも多く、 大学、公的研究機関等が次いでいる。‥ 民間企業との共同研究・受託研究の実施機関数はおおむね増加傾向にあり、2016年度で共同研究の実施機関数が421、受託研究の実施機関数は437となっている。 ここで共同研究とは、大学等と民間企業等とが共同で研究開発を行い、かつ、大学等が要する経費を民間企業等が負担しているもの、「受託研究」とは、大学等が民間企業等からの委託により、主として大学等のみが研究開発を行い、そのための経費が民間企業等から支弁されているものを指す。

産学連携の始め方の実際(大学へアプローチしたい企業に向けたアドバイス)

  1. 「産学連携をスムーズに進めるコツ!」 信州大学 2018/11/26 産学連携推進協会 依頼したい内容は、アドバイス・相談、受託研究(分析)、共同研究(開発)のどれなのかを明らかにしておくこと 等
  2. 産学連携の導入手順とは?事業化させるためのポイントまで解説! 2022年9月8日 中小企業補助DX情報館
  3. 産学連携スタート時の留意点 中小企業活力向上アドバンス オンラインセミナー (YOUTUBE 5:15)

大学の研究成果は誰のもの?

  1. なぜなに産学官連携 TLO(技術移転機関)の制度/活動実績/歴史 国立大学法人化前にTLO法に基づく承認TLOおよび認定TLOと呼ばれる組織が全国で立ち上がり、その当時は大学が知的財産権を保有できなかったため、TLOが大学研究者が発明した技術の知的財産権利化やライセンス活動をしていましたが、国立大学法人化後は大学内での権利化ができるようになり、知的財産本部等も整備されたため、TLOも再編が相次ぎました。

起業の勧め

  1. スタートアップ躍進ビジョン ~10X10Xを目指して~  2022年3月15日 一般社団法人 日本経済団体連合会 「起業家との接点も増え、起業に人生を賭したリスクなどないことや、その魅力が広く一般に認識されている。起業やスタートアップ参加は、若者にとっても中高年にとっても、やればできるし面白そうな『普通の選択肢』となった。」

産学連携に関する公的な助成事業

公的な補助金に関する注意点

補助金や委託費は、事業完了後の精算手続きを経て、企業にお金が支払われます。したがって、それまでの間は、補助金や委託費が充当される予定の費用も、企業が立て替えておく必要があります。((出典:ここからはじめる! 産学官連携 53ページ 留意点)

技術シーズから事業化までのステップ

一般に、ある技術シーズを導入して製品を作るためには、製品に合わせて技術シーズを改良したり、関連して必要となる技術を開発したりする等、補完的な技術開発を実施する必要があります。(出典:ここからはじめる! 産学官連携13ページ 成功のポイント)

産学連携の落とし穴

  1. [産学連携のトリセツ]「産」と「学」を分けない。壁を壊し、地続きにする 2021.02.17 WED  CGWORLD.JP

TLOとは

TLOとは、Technology Licensing Organization(技術移転機関)の略称です。大学の研究者の研究成果を特許化し、それを企業へ技術移転する法人であり、産と学の「仲介役」の役割を果たす組織です。大学発の新規産業を生み出し、それにより得られた収益の一部を研究者に戻すことにより研究資金を生み出し、大学の研究の更なる活性化をもたらすという「知的創造サイクル」の原動力として産学連携の中核をなす組織です。(大学の技術移転(TLO) 経済産業省)

産学連携コーディネーター

  1. 日本のアカデミアにおける研究推進・活用人材-競合から協働へと向かう産学官連携コーディネーターとURA- 2018年10月 政策研究大学院大学 高橋真木子 古澤陽子 枝村一磨 隅藏康一

産学連携に関する国(日本政府)の考え方

  1. 3.今後の産学官連携のあり方 新時代の産学官連携の構築に向けて(審議のまとめ) 技術・研究基盤部会 科学技術・学術審議会 政策・審議会 文部科学省

産学連携の事例集

  1. 「組織」対「組織」の 本格的な産学連携 構築プロセス実例集 経済産業省 産業技術環境局 大学連携推進室 46ページPDF
  2. 「組織対組織」による産学連携の取組事例集 採用と大学改革への期待に関するアンケート【別冊】 20 22年1月18日 経団連 82社164事例 IHI  横浜国立大学との人工知能(AI)技術に関する共同研究講座の開設、愛媛トヨタ自動車  大学コンソ-シアムえひめインタ-ンシップ部会、小野薬品工業 京都大学大学院医学研究科創薬医学講座、小松製作所 国内7機関との産学連携推進包括協定、SUBARU 東京工業大学 実践AI・データサイエンス講義、帝人 帝人奨学会の運営、栃木銀行 とちぎん創業塾、トヨタ自動車 名古屋大学COI(文部科学省センター・オブ・イノベーション プログラム)、ニコン ニコンイメージングサイエンス寄付研究部門、日本ハム  産業動物臨床実習受け入れ、吉本興業ホールディングス 笑う東大、学ぶ吉本プロジェクト、アステラス製薬 京都大学とのアライアンス・ステーション開設、小野薬品工業 免疫炎症性難病創薬コンソーシアム、常陽銀行 茨城大学との共同研究プロジェクト「Joint結」 ビジネスプランコンテスト・めぶきビジネスアワード、日本アイ・ビー・エム  IBM東大ラボ、三井不動産  三井不動産東大ラボ 「経年優化する都市~after コロナを見据えたデジタル革命による 次代の価値創造~」、USEN-NEXT HOLDINGS  「帰宅を促す音楽」共同制作、岡谷鋼機株式会社 名古屋大学オープンイノベーション拠点(OICX)、ほか

産学連携の成功事例

産学連携に関する論説文

  1. 大学における産学官連携の取り組み 正橋直哉 まてりあ第58巻第8号(2019) Materia Japan 大学の実験室で「世界最高」性能を確認しても,企業はいたって冷静である.その理由は,大学の研究の多くが,①先行・競合技術の調査がない,②量産やスケールアップを考慮していない,③コスト試算がない,④マーケット調査を行っていない,⑤関連する法律・規則を調べていない,⑥実用環境を想定していない,の6つの「ない」に集約できる.
  2. 産学連携のすすめ―日本の大学が行うべき5つの課題 マサチューセッツ工科大学インダストリアルパフォーマンスセンター研究フェロー 畠中 祥 アルカディア学報No.163 日本私立大学協会 特許をとるだけではコストがかさむだけの話で、ライセンス契約にもちこんで初めて技術の実用化につながる。ライセンス契約で採算を取っていくこと自体簡単ではない
  3. さらなる産学連携の発展にむけて 諸岡健一 特許研究 No.49 2020/3

サーマルカメラの製品ラインアップ、価格など

FLIR

FLIR Lepton(センサモジュール)

SparkFun FLiR Lepton Camera Module(YOUTUBE)

FLIR X6550sc

FLIR A655sc-7 LWIR Science-Grade Camera 640 x 480 thermal image    image transfer over GigE Vision    Stream data directly to a PC running software for live viewing, recording, analysis Your Price: $28,330.00 tequipment.net

FLIRA325sc リアルタイムでの解析 が可能 な赤外線 320×420ピクセルの熱画像を生成する非冷却酸化パナジウム(Vox) のマイクロボロメーター検知器 GIGE VisionTM規格との互換性 https://www.flirmedia.com/MMC/THG/Brochures/RND_010/RND_010_JP.pdf

  1. FLIR A35(W)  PoE(パワー・オーバー・イーサネット) 1本のLANケーブルでデータ収集と電力供給が可能 精度定格 測定値の±5%または±5℃のどちらか大きい方 通常価格: 693,000 円(税込) 新古品アウトレット 販売価格: 519,750 (税込)
  2. FLIR -4 to 2,192°F (-20 to 1,200°C) Thermal Imaging Camera mscdirect.com 4″ Color LCD Touchscreen Display, SD Card Storage Capacity, 384 x 288 Resolution Web Price $12,500.00 ea.

FLIR社 x Matlab

リアルタイムで画像処理してその結果を測定に反映させたい場合には、逐次画像処理できるプログラミング環境が必要になります。Matlabなどのソフトウェアに、そのカメラを認識するドライバーが用意されていない場合には、カメラドライバーを自分で作れる人でもないかぎり、そのカメラの使用を諦めるしかありません。どんなカメラにせよ購入前には、どのプログラミング環境でそのカメラを認識できるかを知っておく必要があります。MATLABで動かせる(リアルタイムで画像取得できる)カメラを探すとなると、メーカーや製品ががかなり限られます。

  1. Thermal analysis with FLIR camera MathWorks
  2. FLIR Thermal Face Detection and Tracking in Matlab Teledyne FLIR YOUTUBE
  3. Opening FLIR Movies with Matlab Software YOUTUBE 向きが変わった場合の顔の認識
  4. FLIR Thermal Face Detection and Tracking in Matlab YOUTUBE
  5. Thermal Analysis with MATLAB and FLIR cameras YOUTUBE
  6. “Thermal Analysis with MATLAB and FLIR Cameras” demo files

FLIR社 x LABVIEW

  1. Nostril in RGB Imaginary by Using NI Vision LabVIEW Proceedings of Engineering and Technology Innovation, vol.4,2016, pp. 37-39 we used FLIR thermal cameraP384-20 that has resolution 384 x 288 pixels with 50 frames per second (fps) in color mode.
  2. ThermoVision LabView Digital Toolkit Ver.3.1.  (PDF) FLIR SYSTEMS ThermoVision A20, A40、ThermoVision 320M、SC500, SC2000, SC3000, SC1000
  3. Grabbing an image from a FLIR A615 using LabVIEW Markus Tarin
  1. FLIRフリアースカウトⅡ320 サーマル暗視スコープ (税込 386,100円) satosokuteiki.com
  2. サーマルカメラ satosokuteiki.com

FLUKE

  1. IR camera temperature data integrated with LabVIEW and MATLAB software Published: 08 June, 2017 Fluke has introduced a new software feature that integrates high-resolution thermal data from the company’s TiX580 and TiX560 infrared cameras with National Instruments’ LabVIEW and MathWorks’ MATLAB software

OPTRIS

  1. Software tutorial | LabVIEW integration 動画

PANASONIC社製サーマルセンサAMG8833

  1. みえちゃう?! 赤外線アレイセンサーAMG8833【電子工作始めますか?】 Signal Flag “Z” AMG8833 画素8x8
  2. AMG8833 ROBOKITS INDIA 8X8 GRID EYE INFRARED/IR ARRAY THERMAL CAMERA SENSOR 2D TEMPRATURE DETECTION 7METER I2C INTERFACE  The AMG8833 thermal imaging camera sensor is an 8×8 infrared thermal sensor array.It has a temperature measurement range of 0°C to 80°C (32°F to 176°F).When connected to your microcontroller (or Raspberry Pi), it will return a set of 64 separate infrared temperature readings via I2C.

INFRATEC

InfraTec GmbH Infrarotsensorik und Messtechnik(ドイツ)

  1. PIR uc 605 Category Industrial thermal cameras DirectIndustry
  2. VarioCAM® HDx head S
  3. VarioCAM® HDx head 600 GigE-Vision interface for camera control and data acquisition

日本アビオニクス

赤外線サーモグラフィカメラ InfReC TS600シリーズ ±2°Cまたは±2%の高精度で温度計測 160万円(日経テック 低価格な設置型の赤外線サーモグラフィーカメラ「InfRec TS600」シリーズを開発、2017年2月上旬に発売する。価格を従来製品の半分以下)

サンワサプライ

サーモグラフィ(赤外線・1024画素・乾電池式) CHE-TG32  JANコード 4969887888575 標準価格 ¥58,080(税抜き ¥52,800) 測定温度精度 ±2℃または±2% -20℃~300℃の幅広い温度測定が可能 microSDメモリに画像データを保存 赤外線解像度32×32(1,024)ピクセルの解像度

P.D.Cam

try-e.co.jp 発熱者検出用に特化。販売価格 P.D.Cam-Advanced:\150,000(税込/送料別) P.D.Cam-Pro:¥165,000円(税込/送料別) (※価格はAdvanced、Proともに付属品 + 専用アプリ「P.D.Cam Viewer」を含む)

レンズについて

What are IR Camera Lenses Made Of? | Teledyne FLIR What lens is used in a thermal camera? Infrared cameras, on the other hand, make images from heat, aka infrared or thermal radiation, instead of visible light. It’s for this reason that FLIR camera lenses are made of germanium or other materials that are transparent in the infrared spectrum.Apr 30, 2021

暗視野カメラとサーマルカメラとの違い

  1. Explained: Night Vision vs Thermal Imaging A good night vision unit, even weapon-mountable models, can be had for a few hundred dollars, but thermal imagers will set you back at least $2,000

画像解析による生体信号の抽出

心拍、呼吸、などを被験者の負担が少なく、行動の自由が制限されない方法で取得するアプローチとしてビデオカメラによる画像取得と画像解析があります。そんな照明光(波長)、どんなカメラ(波長特性)、どんな画像解析アルゴリズムによって、これらの生体信号を抽出可能なのか、論文その他の情報をまとめておきたいと思います。

心拍

  1. Contactless Heart Rate Monitoring Using A Standard RGB Camera Conferences >2020 IEEE International Works…  Soumyajyoti Maji et al. Video photo-plethysmography (VPG) methods have been used over the years to monitor the heart rate.
  2. Non-contact measurement of respiratory and heart rates using a CMOS camera-equipped infrared camera for prompt infection screening at airport quarantine stations. (2015). 東京都立大学 Publisher: IEEE Yosuke Nakayama; Guanghao Sun; Shigeto Abe; Takemi Matsui https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=7158595 we used the CMOS-IR camera (Nippon Avionics, TVS-500EXLV, Japan)  TVS-500EXLV integrates a CMOS sensor camera and an IR camera, and provides the thermal and RGB image-fusion mode.    30 frames per sec with a 640 × 480  During the cardiac cycle, volumetric changes in the facial blood vessels modify the amount of ambient light absorption according to subsequent changes in the amount of reflected light. These changes indicate the timing of cardiovascular events. By shooting a video of the facial region with a CMOS-IR camera, the red, green, and blue color sensors pick up a mixture of the reflected plethysmographic signals, including other sources of fluctuations in light due to artifacts [13]. We adopted the green signal, which is the most suitable color for calculating the heart rate [16]. カラーカメラの緑色の成分で血流変化がわかる(?)
  3. K. Matsumura, P. Rolfe, J. Lee, and T. Yoshitaka, “iPhone 4s Photoplethysmography: Which Light Color Yields the MostAccurate Heart Rate and Normalized Pulse Volume Using the IPhysioMeter Application in the Presence of Motion Artifact?” PLoS ONE, vol. 9(3), pp. e91025, 2014.
  4. MEASURING THE PULSE RATE BY USING WEBCAM R.Archana, M.Lakshmi Raviteja Conference Paper · November 2013 ウェブカメラで心拍数(?)

Photoplethysmography (PPG) 光電容積脈波測定法 フォトプレチィスモグラフィ

  1. 手首からの光電式容積脈波記録信号に基づく脈拍数変動解析のための高信頼性の心拍検出アルゴリズム Foroohar Foroozan, Dr. Jiang Wu 共著 ANALOG DEVICES
  2. Recent advances in photoplethysmography IOP Publishing Speakers: Rich Fletcher, Massachusetts Institute of Technology Raquel Bailón Luesma, University of Zaragoza Ramakrishna Mukkamala, University of Pittsburgh Xiaoman Xing, Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology YOUTUBE
  3. スマートフォン式光電容積脈波測定法 生体医工学54(3):120-128、2016 よくまとまったわかりやすい解説 PPGとは、脈拍に伴う動脈容積の変化を光学的に捉えるものである
  4. Remote photoplethysmography (A new core algorithm) 【YOUTUBE DEMO) ICA(2011)、CHROM(2013)、PBV(2014)、2SR(2016)の4つのアルゴリズムの比較デモ。2SR(2016)の優位性を示すもの。MATLABのコードも紹介していた。数行。顔の動き(横方向の回転)があっても信号検出がロバスト。論文:A Novel Algorithm for Remote Photoplethysmography: Spatial Subspace Rotation Publisher: IEEE Cite This PDF Wenjin Wang; Sander Stuijk; Gerard de Haan
  5. FibriCheck Beat-to-Beat Accuracy Compared With Wearable ECG in Broad Dynamic Range fibricheck.com Hertzman et al were the first to find a relationship between the intensity of backscattered light and blood volume in 1938. …  In 2010, Jonathan and Leahy et al presented a case study which concluded that HR could indeed be measured through PPG by using a smartphone. PPGとECGのピークのタイミングがわかりやすいく図示されている。
  6. A new principle of pulse detection based on terahertz wave plethysmography Yu Rong, Panagiotis C. Theofanopoulos, Georgios C. Trichopoulos & Daniel W. Bliss Scientific Reports volume 12, Article number: 6347 (2022) テラヘルツの光の利用
  7. Photoplethysmogram – Pulse Meter (YOUTUBE) 原理の説明 心拍が押し出したときに血流が増えて光を吸収する(透過光を検出する場合)、もしくは反射する光の量が変化する。暗室で指の向こうに光源をおくと、肉眼でもはっきり心拍が観察できる
  8. Webcam Pulse Monitor: Measure Heart Beats with Your Face! NickTech (YOUTUBE)スタンフォード大学電子工学科の学生 ウェブカメラで顔をうつして、心拍を検出するデモ。RGBのGだけ利用 アルゴリズムは MIT:Eulerian Video Magnification 参照。マッチングサイトで気があうかどうかを調べられるのではという応用可能性にも言及していた。(GしかつかわないのならRGBカメラの必要もない。波長特性がフラットなモノクロカメラならGのみを通すフィルターをつければよかろう。)
  9. Comparison between red, green and blue light reflection photoplethysmography for heart rate monitoring during motion Jihyoung Lee, Kenta Matsumura, Ken-ichi Yamakoshi, Peter Rolfe, Shinobu Tanaka, Takehiro Yamakoshi PMID: 24110039 DOI: 10.1109/EMBC.2013.6609852 Annu Int Conf IEEE Eng Med Biol Soc . 2013;2013:1724-7. Reflection photoplethysmography (PPG) using 530 nm (green) wavelength light has the potential to be a superior method for monitoring heart rate (HR) during normal daily life due to its relative freedom from artifacts.  … the limit of agreement in Bland-Altman plots between the HR measured by ECG and PR measured by 530 nm light PPG (±0.61 bpm) was smaller than that achieved when using 645 and 470 nm light PPG (±3.20 bpm and ±2.23 bpm, respectively).  緑、赤、青で比べたかぎり緑が一番正確だったという結果。定量的な実験。
  10. Comparison of reflected green light and infrared photoplethysmography Annu Int Conf IEEE Eng Med Biol Soc . 2008;2008:2270-2. doi: 10.1109/IEMBS.2008.4649649.  Y Maeda 1, M Sekine, T Tamura, A Moriya, T Suzuki, K Kameyama Affiliations expand PMID: 19163152 DOI: 10.1109/IEMBS.2008.4649649 赤外線(880 nm)と可視光(緑色、525 nm)との比較で、緑色のほうが筋電図との相関が高かったという結果。
  11. Physiological Measurement Published: January 1991 Photoplethysmography Part 2 Influence of light source wavelength L. G. Lindberg & P. Å. Öberg Medical and Biological Engineering and Computing volume 29, pages48–54 (1991) When the microvascular blood perfusion in human skin is measured by photoplethysmography (PPG), infra-red light (800–960 nm) is normally used as the light source. 赤外線(できるだけ長い波長)をつかうのは、長波長ほど生体の奥まで光がとおるから、つまり、指を透過しやすいからか。だとすると反射光を利用する場合には、必ずしもこの必要がない(?)。
  12. フォトプレチィスモグラフィ 脈管学45(5)2005 May 25 脈波には圧脈波容積脈派がある。

Oxymetry

心拍の話とはズレますが、酸素の量を測定するパルスオキシメーターに関して。

  1. Pulse Oximetry Basic Principles and Interpretation Iowa Head and Neck Protocols
  2. パルスオキシメーターVS心電図 dental-diamond.jp
  3. NJL5501R搭載 パルスオキシメータ用・反射型センサ DIP化モジュールキット 秋月電子通商 発光波長(λp 660±3nm、940±10nm) ¥350(税込)

その他参考

  1. 表情解析ソフトウェア「フェイスリーダー」 ソフィアサイエンティフィック 基本7感情 喜び 怒り 悲しみ 驚き 恐怖 嫌悪 軽蔑 をリアルタイム解析 活性 退屈・興味・混乱 恥ずかしさ なども。 参考:YOUTUBE FaceReader Classifications Demo | Noldus Product Demo(限定公開)
  2. M5Stack用心拍センサユニット 秋月電子通商 ウェアラブルデバイスの要求要件に合わせて設計された完璧な血中酸素濃度、心拍数センサー 1個 ¥1,620(税込)

 

その他、論文

  1. Heart rate variability with photoplethysmography in 8 million individuals: a cross-sectional study Aravind Natarajan 1, Alexandros Pantelopoulos 1, Hulya Emir-Farinas 1, Pradeep Natarajan Lancet Digit Health . 2020 Dec;2(12):e650-e657. doi: 10.1016/S2589-7500(20)30246-6. Epub 2020 Nov 23.

ウェアラブルな装置を用いた生体信号モニター 心拍数、歩数、その他 

心拍、呼吸、などのバイタルサイン(生体信号)をどのように計測できるのでしょうか。侵襲性の少ない方法、被験者の負担が少ない方法、行動の自由が制限されない方法が望まれます。ウェアラブルな測定装置の開発が一つの大きな流れです。もうひとつのアプローチはビデオカメラによる画像取得と画像解析によるそれらの生体信号の抽出です。

ビデオ撮影・画像解析による心拍・生体信号の記録測定

  1. VitalCam: Multisensory Camera for Health Monitoring ETH Zurich
  2. Revolutionary camera-based patient monitoring technology to be extended to five essential vital signs 17 APRIL 2015 oxehealth.com the algorithms will monitor five vital signs: the patient’s breathing and heart rate will be tracked to detect any significant variations; temperature will be monitored, particularly to help identify signs of sepsis; blood oxygenation will be tracked to identify any major de-saturations; and blood pressure to identify any hypotensive episodes.
  3. Camera-based Patient Monitoring oxfordbrc.nihr.ac.uk https://oxfordbrc.nihr.ac.uk/videos/ 臨床の動画多い

心拍数

アップルウォッチで心拍数が計測できるそうです。他のメーカーもいろいろあります。

  1. Apple Watchで心拍数を確認する apple.com Apple Watchの「心拍数」App を開くと、現在の心拍数、安静時の心拍数、歩行中の平均心拍数を確認できます。 長期間の心拍数データを表示するには、iPhoneの「ヘルスケア」Appを開き、「ブラウズ」>「心臓」とタップしてから、エントリーをタップします。過去1時間、1日、1週間、1か月、または1年の心臓データを表示できます。 手首検出、触覚による通知、血中酸素ウェルネスの測定(Apple Watch Series 6、Apple Watch Series 7、およびApple Watch Series 8のみ)、および心拍数センサーなどの機能を動作させるには、Apple Watchの背面が皮膚に接触している必要があります。きつすぎたり緩すぎたりせず、皮膚を覆いすぎないようにApple Watchをほどよくフィットさせて装着すれば、快適に過ごせるだけでなく、センサーを正しく機能させることができます。
  2. Garmin Elevate光学式心拍計を搭載したデバイスを装着することで、24時間連続して心拍数を追跡できます。このデバイスは心拍数をリアルタイムで瞬時に感知して表示します。 呼吸数は、1日における1分間の平均呼吸数 (brpm) を測定し、光パルスレート技術を使用して吸入と呼気をそれぞれ追跡します。
  3. Garmin vívosmart 5 ¥ 19,621

心電図

アップルウォッチでは心拍数の計測だけでなく、心電図をとることもできるようです。腕時計を装着していないほうの手で、腕時計の一部(デジタルクラウンという呼称の、アップルウォッチの側面部位)を触ることにより、心臓を含む回路が形成されるので心拍(電位変化)が測定できるということなのでしょう。

  1. Apple Watchの「心電図」Appで心電図を記録する Apple Watchで「心電図」Appを開きます。 腕を机や膝の上に置きます。 Apple Watchを装着していない方の手の指をDigital Crownに当て、Apple Watchで心電図が記録されるのを待ちます。

歩数

  1. Androidスマホにおける「歩数カウント」精度向上への歩み 投稿日 : 2015/06/10 スマホが現在どのように傾いているかを「地磁気センサー」を使用して取得します。加速度センサーと地磁気センサーから得た値を行列式を用いて変換することで、地面に対する上下方向の加速度値のみを抽出します。この、上下方向の加速度値を用いるのが、歩数カウントの基本となります。

呼吸

  1. https://support.withings.com/ Sleep (U.S.) – Tracking my breathing disturbances フランス製のスマートウォッチ アナログ(時計の針)、電池の持ちの良さ、デザインなどで人気。
  2. Measurement of respiratory rate using wearable devices and applications to COVID-19 detection Aravind Natarajan, Hao-Wei Su, Conor Heneghan, Leanna Blunt, Corey O’Connor & Logan Niehaus npj Digital Medicine volume 4, Article number: 136 (2021) Fitbit’s privacy policy does not permit us to make the raw data or aggregate data available to third parties including researchers, outside of our web API Oauth 2.0 consent process.
  3. WearBreathing: Real World Respiratory Rate Monitoring Using Smartwatches Proc. ACM Interact. Mob. Wearable Ubiquitous Technol., Vol. 3, No. 2, Article 56. Publication date: June 2019.
  4. 「睡眠と呼吸」から自律神経の状態をチェックできるPolar「Ignite」レビュー 今雄飛2019年9月6日 POLARは世界で初めてワイヤレス式の心拍計を開発したブランド。 ‥ GPS付きスポーツウォッチに上乗せされたのが、「睡眠と呼吸」に関する機能。そのひとつである「Nightly Recharge(ナイトリーリチャージ)」は、睡眠時の心拍データから自律神経の状況を分析することで、身体とメンタルの回復状況を示してくれる機能だ。
  5. 呼吸のリズムを可視化するスマートデバイス「ZenTracker(仮称)」を開発 株式会社コト 2021年11月22日 10時30分 PRTIMES .ウェストに挟む小型デバイス 無意識での呼吸を捉えるため、ZenTrackerは日常生活を邪魔しないコンパクトなサイズ感と装着感を目指しました。デバイスの存在を気にすることなく、日常生活を楽しんでください。
  6. 運動時の呼吸リズム観察への新しい呼吸モニターの応用 愛知学院大学心身科学部紀要第11号 2015年  呼吸流量計(SRM)による呼吸数測定値と比較し検討した。‥ 肺容積の拡大縮小にともなう胸囲の変化と横隔膜および胸郭組織の形状変化は胸部表面と背部表面聞のキャパシタンス(電気容量)を変化させることになり,呼吸運動を両電極聞のキャパシタンス変化としてみることができる(図1)
  7. GARMIN 呼吸数について 呼吸数機能を利用するための条件 呼吸数を獲得するには以下の条件を満たす必要があります 胸部心拍計を装着する 対応デバイスを使用しアクティビティ計測をする スイムアクティビティには対応しておりません

サーマルビデオカメラによる呼吸リズムの検出

  1. Estimation of Respiratory Rate from Thermography Using Respiratory Likelihood Index Sensors 2021, 21(13), 4406; https://doi.org/10.3390/s21134406 Boson 320 thermal imaging camera (FLIR Systems, Inc.). It has a resolution of 320 × 256 pixels, a viewing angle of 34.1° (horizontal) × 27.3° (vertical) and frames per second of 8.6. T

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  2. 【2022年】活動量計のおすすめ17選 身に着けられる健康管理アイテム 更新日:2022.06.15 ビックカメラ

画像処理技術に基づいた呼吸のタイミングの検出および呼吸リズムのモニタリングに関する研究論文など

呼吸をモニターする方法はいろいろあります。睡眠時無呼吸症候群の場合は、チューブを鼻のところにおいて、空気圧を測定するようです。しかし、身体に器具を装着しないでも、ビデオカメラで画像データを取得して呼吸を検出することが考えられます。呼吸に伴う状態の上下動の変化を分析したり、呼吸の際の鼻のまわりの皮膚の温度変化を検出するといったことが考えられるでしょう。

論文The Use of Infrared Thermal Imaging to Determine Functional Nasal Adequacy: A Pilot Study(September 30, 2021 https://doi.org/10.1177/2473974X211045)
では、鼻の孔の部分の呼吸による温度変化を示した図がありました。 Fig.1(引用元へのリンク

方法:A thermal video imaging device was used to record the difference in temperature (ΔT) between inspired (I) and expired (E) air at each nostril. サプリメンタリ-ムービーにあった注釈によれば、温度差ΔT=5度Cだそうです。室温と体温の差がおよそ10度程度あるでしょうから、比較的検出しやすい、十分な温度幅があると言えるかもしれません。

使用カメラ:Seek thermalPRO (Santa Barbara, California) imaging device, in pinpoint-temperature reading video mode, was placed approximately 5 to 20 cm from the subject’s nostril, similar to a basal view rhinoplasty photograph. This device was previously tested in another biomedical application.13 Maximal inspiratory (I) and expiratory (E) temperatures were recorded for each nostril, and the difference between the 2 extremes was recorded as ΔT in several conditions (Figure 1Supplemental Video 1)

  1. Journal of Biomedical and Health Informatics (JBHI) Special Issues Camera-based Health Monitoring in Real-world Scenarios  Deadline for Submission: 31 December, 2022
  2. Continuous Monitoring of Vital Signs Using Cameras: A Systematic Review  Sensors (Basel). 2022 Jun; 22(11): 4097. Published online 2022 May 28. doi: 10.3390/s22114097 PMCID: PMC9185528 PMID: 35684717
  3. IR thermography-based monitoring of respiration phase without image segmentation Journal of Neuroscience Methods Volume 301, 1 May 2018, Pages 1-8 Novel algorithm obviates the need for defining regions of interest, image segmentation and tracking of the nostril.
  4. Thermal image processing for real-time non-contact respiration rate monitoring Abdulkadir H Alkali,Reza Saatchi,Heather Elphick,Derek Burke First published: 01 March 2017 https://doi.org/10.1049/iet-cds.2016.0143Citations: 24 Institution of Engineering and Technology. Facial tracking was required as head movements caused the face to appear in different locations in the recorded images over time. The algorithm detected the tip of the nose and then, a region just under it was selected.
  5. Breathing Analysis Using Thermal and Depth Imaging Camera Video Records. (2017). Sensors Volume 17 Issue 6 10.3390/s17061408
  6. Nose Detection and Breathing Monitoring in Thermal Images. International Journal of Advanced Science and Technology Vol.109 (2017), pp.67-76 http://dx.doi.org/10.14257/ijast.2017.109.07

サーモカメラを用いた呼吸の検出(動画)

  1. https://youtube.com/shorts/1RQFVNiLJt
  2. The Non contact Respiratory Monitoring System using Thermal Image Processing
  3. Monitoring Respiratory Rate Using Thermal Imaging
  4. https://www.youtube.com/watch?v=NrufyuN8JcU
  5. FLIR and Mask Breathing Thermal Imaging マスクをした状態での呼吸の検出
  6. Camera-based health monitoring Wenjin Wang, Gerard de Haan Cameras have been used to measure physiological information (e.g. heart rate, breathing rate) and contextual information (e.g. discomfort, delirium) from human face and body for health care.

Seek Thermal

このカメラは、アンドロイドのスマートフォンに接続して使うタイプのようです。

  1. Seek Thermal – Android Infrared Camera Review by Ganesh T S on May 1, 2015 8:30 AM EST The microbolometer in the Seek Thermal camera responds to long-wave infrared (i.e, wavelengths between 7.2 and 13 microns).

株式会社ヴュオールイメージング View Ohre Imaging

  1. サーマルヴューX-HRシリーズ 人体温度測定に最適化 データ出力 ビットマップ、CSV、ローデータ ギガビットイーサネット 全機種最小温度分解能(NETD)は0.05℃以下(@30℃)
  2. 例:上半身・静脈の熱画像1 サーマルヴューX(640×480画素)(YOUTUBE)

HikMicroサーモグラフィ―カメラ

  1. HIKMICRO B10 サーモグラフィー カメラ 256 x 192 画素の赤外線熱画像 2MP 可視光カメラ、熱画像キャプチャー頻度 25Hz  ¥45,760 アマゾン 192 x 144 のIR解像度熱感度<0.04°CHIKMICRO VOX検出器を搭載 (目、角膜の熱画像 サーマルヴューXHR32-RA0350 YOUTUBE)
  2. HikMicro E1L – Compact Thermal Imaging Camera Thermal Resolution: 160 × 120 
  3. HM-TP42-3AQF/W-Pocket 2 HIKMICRO https://securitydesign.bcart.jp/uploads/HIKVISION/HIKMICRO/HM-TP42-3AQF_W-Pocket2/data_HM-TP42-3AQF_W-Pocket2.pdf 精度2度C

FLIR

  1. FLIR A50/A70 画像転送専用カメラ 固定型赤外線サーモグラフィカメラ
  2. FLIR HADRON™ 640R 赤外線サーマルと可視光の高性能デュアルOEMカメラモジュール ]
  3. FLIR Tau® 2 OEMサーモグラフィカメラ
  4. FLIR Tau 2 336 60Hz – LWIR Infrared Camera Core (09 50mm F/1.2-6.5°) Visit the フリアー(Flir) Store ¥900,000 アマゾン
  5. 1460-1600nm Near-Infrared Camera  商品コード #56-567-RCD-05N ¥188,587 EDMUND OPTICS

大正製薬の抗肥満薬アライ(オルリスタット)が医師の処方箋なしで薬局で買える薬として承認

厚生労働省が大正製薬の抗肥満薬アライ(一般名:オルリスタット)を薬局で買える薬として承認することになり、テレビ番組で紹介されて、SNS上でもこのニュースが話題になっていました。オルリスタットは、ゼニカルという商品名で医療で使われてきたものだそうです。ジェネリック薬品の商品としてはオルリファストという名の製品もあるようです。

食べた油が吸収されずにそのまま排出されるというのが、この薬の効くメカニズムだそう。食べた油がそのまま、そのまま排出されるというところが、場合によってはかなりの難点になりそうです。

  1. 「抗肥満薬」オルリスタット、処方箋なしに薬局で購入可能に…ネット販売は不可 2022/11/28 20:59 読売新聞オンライン
  2. 「めざまし8」が薬局で買えるようになる『肥満改善薬』を特集 「副作用が完全にバラムツ」「覚悟いる」と反響 2022年12月1日 11時54分 中日スポーツ

肥満改善薬が市販される衝撃

オルリスタットとは

ゼニカルとは

オルリファストとは

オルリスタットの構造式

オルリスタット/ゼニカルの今・昔

オルリスタット購入の要件

オルリスタットのターゲット

ゼニカルの効果

ゼニカルとアライの違い

抗肥満薬オルリスタット

抗肥満薬オルリスタットの副作用

遠隔医療(オンライン診療)の現在

 

遠隔治療のメリットとデメリット

  1. オンライン診療のメリット・デメリットにはどんなものがある? 2021年11月2日 (更新:2022年9月7日) CLIUS クリニック開業マガジン

遠隔医療の実際例

  1. 遠隔診療を利用したがんケアの急増とその今後 2022年3月31日 自宅から車で2時間半かけてナッシュビルに行って診察を受ける代わりに、LaBonne一家はVICCの小児腫瘍医とビデオ通話をした。
  2. “売れない”と言われた遠隔医療で母子の命を救うアジア広域医療DX周産期医療パーソナルヘルスレコード メロディ・インターナショナル株式会社 チェンマイ大学の医師がiCTGを活用し、約1500ケースのデータを取得した。そのデータをもとに、50名ほどに妊産婦がより大きな医療施設での診断が勧められ、うち10名ほどには実際に異常が見つかり、特に5人はiCTGのおかげで命が助かった 願いはみんな私たちと一緒。妊婦さんは健康な赤ちゃんを産みたいし、医療従事者は目の前の患者さんを助けたいんです。

遠隔医療を実現するテクノロジー(診察)・技術開発

  1. フィンガービジョンと光学的触覚計測による眼科疾患遠隔診断治療装置の開発 中澤 徹 東北大学 教授 「分野1:遠隔医療を実現するための医療機器・システム開発」 令和4年度 「医療機器等における先進的研究開発・開発体制強靭化事業 (基盤技術開発プロジェクト)」の採択課題(AMED)
  2. 在宅慢性心不全患者の心不全再入院抑制に資する五感を生かした遠隔診療システムの開発 桝田 浩禎 大阪大学 特任助教 「分野1:遠隔医療を実現するための医療機器・システム開発」 令和4年度 「医療機器等における先進的研究開発・開発体制強靭化事業 (基盤技術開発プロジェクト)」の採択課題 (AMED)
  3. 令和4年度 「医療機器等における先進的研究開発・開発体制強靭化事業 (基盤技術開発プロジェクト)」 分野1:遠隔医療を実現するための医療機器・システム開発 患者の医療機関へのアクセス改善や医師間の診断・治療スキルの共有等を目的とした遠隔医療を促進するため、在宅患者向けデバイスや五感を用いた治療・診断補助用デバイス、遠隔手術ロボット等を開発する。(AMED)

「遠隔診療の現在と高度化に向けて求められるデジタルツールの機能2021年1月14日」という記事で、実現している機能、実現が期待される機能についての話がありました。

  1. テレビ会話システム
  2. ダーモスコピー 患部を拡大
  3. 皮膚の温度や乾燥具合 サーモグラフィー
  4. 肝臓や脾臓(ひぞう)の腫れや大きさ 超音波検査機
  5. デジタル聴診器 心音や呼吸音
  6. 検査機器をEMR(Electronic Medical Record)にオンライン接続
  7. デジタル聴診器 数万円
  8. 自宅、避難場所や公的場所、調剤薬局に検査機器を設置し診察
  9. AIを使って顔の映像から脈拍や血圧、体温を計測
  10. 歩行映像から神経疾患や四肢の痛み
  11. 音声から呼吸数
  12. 自動問診システムもAI
  13. スマートフォンなど手近なツールでバイタルチェック「mobile health」
  14. 毎日のモニタリングデータはオンライン診療 血圧、体重、体温
  15. 加速度センサー 運動量
  16. 位置情報 生活の動き
  17. 生活の動き 精神疾患 うつ病
  18. マイクや振動 睡眠状態 睡眠データ
  19. パルスオキシメータ SpO2測定、
  20. 電極の付いた下着で心電図や筋電図
  21. Multisensor Monitoring(マルチセンサー・モニタリング)
  22. 運動をしていないのに体温や脈拍が上昇  適時な介入 timely intervention(タイムリー・インターベンション)

遠隔診療の現在と高度化に向けて求められるデジタルツールの機能 2021年1月14日 クリニック開業マガジン

遠隔医療ビジネス

  1. 国で遠隔医療などのデジタルヘルス市場が成長  2022年11月29日 JETRO 遠隔医療市場は896億ドル規模 COVID-19(新型コロナウイルス)はイノベーションへの変化と適応を加速させた。10年かかると言われていた遠隔医療の実装がわずか3カ月で達成された」
  2. 遠隔医療は世界で拡大、がっかり足踏み日本市場 日経ヴェリタスセレクト 2022年4月11日 4:00  [有料会員限定] 日本は医療機関のデジタル化への消極姿勢や診療報酬の低さなどから普及のペースは世界に比べ周回遅れ
  3. 遠隔医療フェア 2020年には135億円だった遠隔医療市場が急拡大し、2025年には約3倍の400億円を超えると言われています

2022年10月開催 第5回 医療と介護の総合展 東京 -メディカルジャパン- 会場風景

参考

  1. 医師の偏在と僻地医療の課題にVirtual Careで立ち向かう 2022.09.12 BY SALESFORCE

遠隔医療ビジネスの動き

  1. 2021年5月 大手小売業ウォルマートが遠隔診療大手ミーMD(MeMD)を買収し。店舗併設の簡易診療所「ウォルマート・ヘルス」の拡大

遠隔医療と医師法との関係

  1. 遠隔医療の現在と在宅医療での立ち位置 2020年2月28日 メドアグリケアグループ 専門医が総合医の診断をサポートDoctor to Doctor:D to D、へき地の患者さんを診察するDoctor to Patient:D to P 医師法20条「医師は、自ら診察しないで治療をし、若しくは診断書若しくは処方箋を交付し、自ら出産に立ち会わないで出生証明書若しくは死産証書を交付し、又は自ら検案をしないで検案書を交付してはならない。ただし、診療中の患者が受診後24時間以内に死亡した場合に交付する死亡診断書については、この限りではない。」 診察とは従来、問診・視診・触診・聴診など様々な方法で行われること 遠隔医療は診察に該当するという解釈 遠隔医療は医師法で規定されている「無診察医療禁止」をクリアしているという解釈になりました

医師対医師D to D の遠隔医療

  1. 遠隔医療モデル参考書 -医師対医師(DtoD)の遠隔医療版 2022年4⽉28⽇ 総 務 省(PDF136ページ)

”炎症性腸疾患”を知る〜どこにいても同じ治療を!遠隔医療の今 UHB北海道文化放送

遠隔医療の経緯

  1. 遠隔診療の今とこれから 2018/10/20 重症化してから病院に来院 患者さんの日常生活 薬をきちんと飲んでない患者
  2. 2016 年4 月医政局「対面診療なしは医師法に抵触する」
  3. 2015 年8月 厚生労働省医政局長「離島や僻地に限らない」「特定疾患に限らない」「対面診療と適切に組み合わせればよい」
  4. 1997年 厚生省健康政策局長 遠隔診療通知

国家政策・議論・研究

  1. 遠隔医療、「基本方針」策定に向け議論始まる 2022/08/22 中西 亜美=日経メディカル 厚生労働省は2022年8月17日に社会保障審議会医療部会を開催し、遠隔医療のさらなる活用に向けて新たに定める「基本方針」について議論した。
  2. 2022年3月28日 第87回社会保障審議会医療部会  オンラインによる開催とし、傍聴は報道関係者のみ デジタル田園都市国家構想実現会議 遠隔医療の活用促進に向けて、ICT機器の導入支援
  3. 遠隔医療技術活用に関する諸外国と我が国の実態の比較調査研究(H22-医療-指定-043)平成22-23年度 総合研究報告書主任研究者 酒巻 哲夫平成24(2012)年 3月 厚生労働科学研究費補助金地域医療基盤開発推進研究事業

参考

  1. 日本遠隔医療学会

解糖系、TCA回路、電子伝達系で産生されるATPの総数は38分子?36?32?30?

生化学の教科書をあれこれ見ていると、解糖系、TCA回路、電子伝達系で産生されるATPの総数がまちまちです。最大38分子、36分子、32分子、30分子といった記述を見たことがあります。

  1. グルコース1モルから好気的解糖系・クエン酸回路で38モルのATPが産生。shinshu-u.ac.jp
  2. グルコース1モルから38モルのATPを生成する(実際には30モル程度になる)kyoto-u.ac.jp
  3. 好気呼吸でのATPの収支は、グルコース1分子あたり解糖系で2分子のATP、クエン酸回路で2分子ATP、電子伝達系で最大34分子ATPであり、合計で最大38分子のATPになる。wikibooks.org

 

レーヴン/ジョンソン『生物学』にわかりやすい説明がありました(176ページ)。

  1. グルコース1分子あたり、解糖系でまず正味2分子のATPが産生されます。
  2. また解糖系でNADHが2分子産生されます。NADH1分子あたり、ATP3分子が産生される換算だそうなので、ここでATP6分子になるはずのところですが、実際には、細胞質に存在するNADHをミトコンドリアの内部へ輸送する際に、NADH1分子あたりATP1分子を消費するため、このNADH2分子から産生される正味のATPは2x3-2=分子なります。
  3. ピルビン酸が脱炭酸反応で酸化されてアセチルCoAがつくられるときに2つのNADHが産生しますので、2x3=6 で、ATP6分子に相当します。
  4. TCA回路では(グルコース1分子あたり)GTPが2分子できてこれがATPに変わるので、ATP2分子が産生。
  5. TCA回路ではNADHは(グルコース1分子あたり)6分子産生するので、6x3=18で、ATP18産生。
  6. TCA回路ではFADH2が(グルコース1分子あたり)2分子でき、FADH2の1分子につきATPが2分子産生される換算なので、2x2=4で4分子のATPが産生されます。

これらを合計すると36分子ということになります。最大38と言う言い方がなされるのは、細胞質のNADHをミトコンドリアに輸送するときに消費されるNADHを勘定に入れていないということなのでしょうか。この教科書の説明によれば、実際にはプロトン勾配のプロトンが必ずATP産生に使われるとは限らず、一部は単純に漏れ出てしまって何にもつかわれなかったり、あるいは、他の仕事に使われることもあるため、換算式としては、NADH1分子からATP2.5個FADH21分子からATP1.5個で計算して、

  1. 解糖系ATP 2 ATP
  2. 解糖系NADH 2×2.5ATP – 2ATP(輸送料)=
  3. ピルビン酸の脱炭酸反応 NADH 2個x2.5 ATP =5
  4. TCA回路 GTP 2x1 ATP =2
  5. TCA回路 NADH 6個x2.5 ATP  = 15
  6. FADH2 2個x1.5 ATP =3

この計算だと、30個のATPができるということになります。

 

 

炭水化物はどのようにエネルギーを蓄えていて、それを解糖系、TCA回路、電子伝達系がどのように取り出しているのか?

エネルギー代謝を一言で説明するなら、グルコースC6H12O6を二酸化炭素と水に分解する過程でエネルギーを取り出しているということになろうかと思います。しかし、グルコースのどこにそんなエネルギーが蓄えられていたのでしょうか。また、電子伝達系で電子がさまざまな物質を移動していくことでなぜ、エネルギーが取り出せるのでしょうか。自然が作り出した巧妙なエネルギー代謝の仕組みに驚く一方で、なんとなく腑に落ちないモヤモヤが残ります。しっくりこないということは、まだ理解が足りていないということでしょう。

生化学の教科書を読んでも、エネルギーがどうやって蓄えられているのかの説明があまり直接的ではないように感じます。明確に説明していると感じられる教科書をいくつか紹介しておきます。

日本物理学会編『生体とエネルギーの物理』第5章「生体エネルギー変換の戦略」(垣谷俊昭 著)

この本によれば、グルコース中のC-H結合やC-C結合に存在する電子のエネルギー準位は、酸化されてCO2になったときのC-O結合やH2OになったときのH-O結合に比べて、高い状態にあります。酸素は電気陰性度が大きい(=電子のエネルギー準位が低い)ので、CやHの電子にしてみれば、酸素と結合したほうがエネルギーが低い状態になれるというわけです。

この本には酸化還元電位の解説もあり、電子を引き抜くのに必要な仕事という目安として考えればいいということです。酸素は電気陰性度が大きい(=エネルギー準位が低い)ので、電子を引き抜くには大きな仕事量が必要になります(すなわち、酸化還元電位が大きい)。酸化還元電位が大きい物質ほど、電子を受け入れやすいという関係になります。

「電気陰性度」や「酸化還元電位」などいろいろな概念が登場しますが、これらは便利だから使っているだけで、概念としては、「電子のエネルギー準位」という一つのものしかなく、いろいろ言い換えているだけのように思います。

 

生物物理43(3)150-153ページ(2003年) 談話室  グルコースのエネルギーとは?

と言う記事にも、エネルギーがどこに蓄えられているのか(=化学結合)に関する考察・解説があります。

グルコースがエネルギー物質であるというとき, それはグルコースの酸化反応 1/6 C6H12O6 + O2 → CO2 + H2O における∆rH˚<0をさしている(∆rH˚は反応によるエンタルピー変化の値). もとよりエネルギーは相対的な値であり, グルコースのエネルギーの絶対値を云々することはできないから, 酸化反応によっていかほどまでエネルギー水準が降下するか, これが意味のある設問である. (生物物理43(3)150-153ページ(2003年) 談話室  グルコースのエネルギーとは?

上記の指摘は当たり前なのですが、グルコースが蓄えているエネルギーという言い方をしてしまうと、グルコースに関して何か絶対的な数値を思い浮かべてしまうため、初めて学ぶ人に誤解させてしまいがちな物言いだと思います。そのことに注意して読めば、下の教科書の解説もわかりやすい(というか、他ではあまりあからさまに書いていない言葉遣いで書かれている)。

レーヴン/ジョンソン『生物学』(上巻)原書第7版 培風館

光合成では、光から得たエネルギーを利用し、小さな分子(水と二酸化炭素)をより複雑な分子(糖類)に化合させていく。つまり、得られたエネルギーは位置エネルギーとして糖分子の原子間結合に蓄えられるのである。(144ページ)

化学反応の過程では、化学結合に蓄えられたエネルギーが新しい結合に移動する。実際には、電子がある原子や分子からほかの原子や分子に渡される。(145ページ)

原子や分子が電子を失うことを酸化されるといい、この過程を酸化とよぶ。このよび方は、生物において酸素原子がもっとも一般的な電子の受容体となっていることを反映している。(145ぺージ)

何故電子を失うことが酸化なのか、それは酸素の電気陰性度が大きい(異原子間の共有結合において、酸素は電子を自分のほうに引き付ける力が強い)からというわけです。

酸化還元反応は生命におけるエネルギーの流れにおいて重要な役割をになっている。というのは、原子から原子へ受け渡される電子自体がエネルギーを運ぶからである。(145ぺージ)

電子がある原子から飛び出し(酸化)ほかの原子に移動する(還元)と、電子に与えられたエネルギーも一緒に移動し、その電子は異動先の原子でエネルギーレベルの高い電子軌道に入ることになる。与えられたエネルギーは化学的な位置エネルギーとして蓄えられ、その電子が本来のエネルギーレベルに戻るときに原子からエネルギーが放出されるのである。‥ 還元型の分子は酸化型の分子に比べて多くのエネルギーを持っていることになる。(145ページ)

レーヴン/ジョンソン『生物学』では、エネルギーの説明をまず最初にしていて、マクロな話として運動エネルギーと位置エネルギーを説明しています。電子のエネルギーに関しては位置エネルギーという概念で説明をしていました。

どんな教科書でも結局は同じことを説明しているはずなのですが、ちょっとした言葉遣いの違いによって、理解のしやすさがだいぶ変わってきます。もちろん、学ぶ側の予備知識の量の違いも大きく影響します。

 

参考サイト

  1. 酸化還元反応式 だいたいわかる高校化学(基礎)
  2. 呼吸鎖の各酸化還元電位 スライドプレーヤー 酸化還元対NAD+/NADH + H+ の標準酸化還元電位E0’= -0.32 V, 酸化還元対1/2 O2 / H2O の標準酸化還元電位E0’=0.82 V など

大腸癌・直腸がんの手術について

下の動画が非常にわかりやすいと思いました。

専門医が教える直腸がん手術~イラストで分かりやすく解説~【国立がん研究センター中央病院】国立がん研究センター公式

上の動画のキーワード:大腸外科、直腸がん、腹膜、消化菅、胃、肝臓、脾臓、小腸、大腸、盲腸、上行結腸(じょうこうけっちょう)、横行結腸(おうこうけっちょう)、下向結腸(かこうけっちょう)、S状結腸、直腸、直腸S状部、上部直腸、下部直腸、肛門、肛門管(こうもんかん)、直腸がん、血便、便柱狭小化(べんちゅうきょうしょうか 便が細くなること)、血管、リンパ節、転移、肛門温存、腸管切離ライン、口側、肛門側、内肛門括約筋(ないこうもんかつやくきん)、外肛門括約筋(がいこうもんかつやくきん)、括約筋間直腸切除術(ISR)、排便機能、直腸切断術(肛門を含めて直腸を切断するため、永久人工肛門になる)、切除後の再建吻合部、縫合不全、吻合、人工肛門、一時的人工肛門、永久人工肛門、根治

 

直腸間膜全切除total mesorectal excisionTME

  1. 腹腔鏡下括約筋間直腸切除術(ISR)に必要な局所解剖 (手術 第74巻第13号 2020年12月号)肛門管近傍の腫瘍に対する括約筋間直腸切除術intersphincteric resection;ISR)は,1994 年のSchiessel らによる報告以降,腹会陰式直腸切断術(abdominoperineal resection;APR)に代わる肛門温存手術として広く普及してきた。内視鏡外科手術の拡大視効果によって,狭い骨盤内でも精細な解剖認識が可能になり,ISRの根治性向上と機能温存が治療成績向上につながっている2)。さらに近年では,ISRの新しいアプローチとして経肛門的に直腸間膜全切除total mesorectal excisionTME) を 行うtaTME(transanal TMEや,ロボット支援手術が普及しつつある。
  2. Total Mesorectal Excision  Society of American Gastroint 2011/06/24 PG Colon Course – R. Larry Whelan(YOUTUBE)
  3. Laparoscopic TME Society of American Gastrointe Laparoscopic TME Society of American Gastrointe(YOUTUBE)

 

その他

  1. 大腸がんの手術について腹腔鏡(ふくくうきょう)手術について (国立がん研究センター 東病院)イレウス:術後に腸管が麻痺することで腸がむくんでしまい、食事がとれなかったり嘔吐してしまう状況です。以前は腸閉塞(ちょうへいそく)と呼んでいましたが、腸管の癒着による腸閉塞と区別するため、最近では「イレウス」という言葉を使うことが多くなっています。