Development and bench evaluation of a smart support surface integrating multimodal sensing and localized low-flow oxygen delivery to support pressure injury prevention

病院のベッドで長時間横になって過ごすすべての人にとって、その下に広がる面は単なる休息の場ではありません。それは彼らの健康にとって極めて重要な要素なのです。体が長時間動かないと、体の重みが皮膚とその下の組織を押しつけ、血流と酸素の流れを遮断してしまいます。この圧力に加え、皮膚とマットレスの間に蓄積する熱や湿気が組み合わさることで、皮膚が損傷し、「褥瘡（じょくそう）」と呼ばれる痛みや危険を伴う傷が生じる原因となります。患者を定期的に動かすことは、これらの損傷を防ぐための標準的な方法ですが、忙しい病院や、可動性が限られている患者の場合、常に頻繁に行うことができない場合があります。科学者たちは、圧力が危険なレベルに達していることを感知できるだけでなく、皮膚のすぐ近くの環境を能動的に改善して健康を維持できるような、よりスマートなベッドを作り出す方法を長年模索してきました。

インドネシアの研究チームは、新しいタイプのスマートマットレスのプロトタイプを製作・テストすることにより、この目標に向けた大きな一歩を踏み出しました。「スマート・ベディング・サーフェス」と呼ばれるこの装置は、2つのことを同時に行うように設計されています。すなわち、患者の体がベッドに触れている場所の状況を常に監視することと、その同じ空間に少量の酸素を優しく送り込むことです。圧力がどの程度かかっているかを正確に把握し、同時に皮膚を涼しく乾燥した状態に保ちながら酸素を少し加えることで、ベッドが傷の形成を未然に防げるのではないか、という考えに基づいています。しかし、研究者たちは何をテストしているのかを定義する際、非常に慎重でした。彼らは、この装置が実際に傷を防ぐかどうかを確認するために実際の患者に使用したわけではありません。代わりに、このマットレスをエンジニアリング機器として扱い、センサーが正しく機能するか、また酸素システムが他の問題を引き起こすことなくスムーズに動作するかを確認するために、作業台の上で一連の厳格なテストを行いました。

チームは、標準的なマットレスのように見えながらも、内部にテクノロジーを隠し持ったプロトタイプを製作しました。トップレイヤーの下には、圧力を感じ、温度を測定し、表面付近の空気の湿度を検知できるセンサーが埋め込まれています。また、マットレス全体に微細なチャンネル（管）のネットワークを織り込み、一定かつ低流量の酸素を送り届ける仕組みになっています。このシステムが機能するかどうかをテストするため、彼らは人間が横たわっている状態をシミュレートするために、マットレスの下にさまざまな重さを置きました。病院の設定で見られる一般的な圧力レベルである、40、80、および120ミリメートル水銀柱に相当する特定の圧力を加えました。センサーは感じ取った圧力を報告しましたが、その結果は実際に加えられた重さと驚くほど近いものでした。力が40ユニットのとき、センサーは平均41.2ユニットと読み取りました。80ユニットの力では78.9、120ユニットでは118.4と読み取りました。機械が感じたものと実際に存在していたものの差は非常に小さく、通常は2ユニット未満であり、センサーが正確で安定していることを示唆していました。

次に、研究者たちは酸素供給システムをテストしました。彼らは、寝具を吹き飛ばすことなく空気をリフレッシュすることを目的とした、毎分1リットルの穏やかな流量で酸素を送り出すよう設定しました。システムを6時間、12時間、そして丸一日間、連続稼働させました。その間、流量は目標である1リッター付近を維持し、一定のままでした。研究者たちはまた、この酸素を送り込むことが、意図せずマットレスを加熱したり、過度に湿らせたりして、有害な影響を与えないかを注意深く観察しました。24時間の経過において、マットレスの表面温度の上昇はわずか0.3から0.5度Celsius（摂氏）の間であり、湿度の増加も同様に極めてわずかでした。これは、酸素システムが、マイクロクライメイト（微気候）を否定的な方向に大きく変えることなく長時間稼働できることを示しています。

チームはまた、看護師が実際にこの装置を病院で使用できるかどうかについても検討しました。彼らは医療従事者に、ベッドの準備、日中のチェック、および清掃という基本的なタスクを行ってもらいました。作業員によると、ベッドのセットアップには平均6分半、チェックには2分強、清掃には約4分半かかりました。唯一の実際の困難は、デバイスを接続するケーブルの管理であり、これらを邪魔にならないように慎重に配線する必要がありました。これらのテストにより、この装置は多忙なスタッフの手を奪いすぎることなく、実用的に扱えるものであることが示されました。

こうした有望な結果にもかかわらず、研究者たちは、この研究が証明していないことについても明確に述べています。彼らは、この機械がラボ内ではうまく機能しているものの、それが実際に人に対して褥瘡を防ぐかどうかはまだ示されていないことを強調しています。テストは人間の皮膚ではなく作業台の上で行われたため、酸素が実際にどの程度組織に到達するのか、あるいはセンサーがベッド内で動く人間の複雑な曲線に対応できるのかについては、まだ分かっていません。さらに、酸素は火災のリスクを高める可能性があるため、チームは、この装置が患者に使用される前に、より多くの安全性テストが必要であると指摘しています。本研究は、エンジニアリングの概念として、ベッドが圧力を感知し、同時に酸素を供給しながら（性能が）低下することなく動作できるという実現可能性を裏付けましたが、装置が病院で使用できる段階にあると主張するには至っていません。今後の道のりには、より詳細な安全性チェック、酸素が表面にどのように広がるかのより優れたテスト、そして最終的には、このスマート・ベディングが本当に皮膚の健康を維持できるのかを確認するための、厳密に制御された患者を対象とした研究が含まれます。