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尺度混合分布族に基づく筋電位信号モデルの提案と生体ゆらぎ評価への応用

Research Project

Project/Area Number 18J22370
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Soft computing
Research InstitutionHiroshima University

Principal Investigator

古居 彬  広島大学, 工学研究科, 助教

Project Period (FY) 2018-04-25 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords確率モデル / 生体信号解析 / 筋電位信号 / 筋疲労 / パターン識別 / 脳波
Outline of Annual Research Achievements

本研究では,分散分布の概念を導入した尺度混合分布族に基づいて筋電位信号の確率モデルを提案し,筋活動中のゆらぎの定量評価を行なう.また,提案する確率モデルの枠組みを他の生体信号へ応用することで,確率モデルベースドな生体信号中のゆらぎ評価法を確立し,生体信号識別や評価への展開を目指す.本研究員は当該年度,(1) 表面筋電位の確率モデルの構築とその応用,(2) 様々な生体信号に対するモデル構築に関して研究を遂行した.
■表面筋電位の確率モデルの構築とその応用
筋電位信号のガウス性が分散のゆらぎによって決定されるという仮説に基づき,尺度混合分布ベースドな筋電位信号の確率モデルを提案した(IEEE TBME, 2019).また,本モデルに基づく筋疲労評価法を構築し,筋疲労に応じて分散分布の特徴が非線形的に変化することを発見した(EMBC2019).さらに,本モデルを筋電パターン識別へと応用し,従来手法と比較して高精度な識別が可能であることを示した(IEICE2020).
■様々な生体信号に対するモデル構築
提案する尺度混合モデルの枠組みに基づき,脳波や末梢交感神経活動に関する確率モデルを構築した.多次元モデルとして構築された脳波のモデルは,バンドパスフィルタの並列であるフィルタバンクと組み合わせることで,脳波の各周波数帯域に潜在する確率的ゆらぎの特徴を取得可能である.この脳波モデルを睡眠脳波解析へと応用し,睡眠段階に応じて出現する特徴波を精度よく検出可能であることを示した(SI2019).また,末梢交感神経活動に関するモデルは,身体内部における交感神経の電気的活動と,身体表面から計測可能な血管の力学特性との間の関係をモデル化したものである.このモデルを用いることで,従来は針状の電極を挿入することでしか計測できなかった交感神経活動を非侵襲に推定できる可能性を示した(IEICE2020).

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2020 2019 2018

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Development of Myoelectric Robotic/Prosthetic Hands with Cybernetic Control at the Biological Systems Engineering Laboratory, Hiroshima University2019

    • Author(s)
      Toshio Tsuji, Taro Shibanoki, Go Nakamura, and Akira Furui
    • Journal Title

      Journal of Robotics and Mechatronics

      Volume: 31 Issue: 1 Pages: 27-34

    • DOI

      10.20965/jrm.2019.p0027

    • NAID

      130007602111

    • ISSN
      0915-3942, 1883-8049
    • Year and Date
      2019-02-20
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Journal Article] A Scale Mixture-based Stochastic Model of Surface EMG Signals with Variable Variances2019

    • Author(s)
      Akira Furui, Hideaki Hayashi, and Toshio Tsuji
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Biomedical Engineering

      Volume: 印刷中 Issue: 10 Pages: 2780-2788

    • DOI

      10.1109/tbme.2019.2895683

    • Related Report
      2019 Annual Research Report 2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A myoelectric prosthetic hand with muscle synergy-based motion determination and impedance model-based biomimetic control2019

    • Author(s)
      Furui Akira, Eto Shintaro, Nakagaki Kosuke, Shimada Kyohei, Nakamura Go, Masuda Akito, Chin Takaaki, and Tsuji Toshio
    • Journal Title

      Science Robotics

      Volume: 4 Issue: 31

    • DOI

      10.1126/scirobotics.aaw6339

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 筋シナジー仮説に基づく5指駆動型筋電義手のバイオミメティック制御2019

    • Author(s)
      辻 敏夫, 古居 彬
    • Journal Title

      電気情報通信学会誌

      Volume: 102

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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 末梢血管剛性を用いた筋交感神経活動の非侵襲的推定2020

    • Author(s)
      坂川 俊樹, 古居 彬, 平野 陽豊, 秋吉 駿, 笹岡 貴史, 曽 智, 岡田 芳幸, 吉野 敦雄, 中村 隆治, 佐伯 昇, 吉栖 正生, 河本 昌志, 山脇 成人, 辻 敏夫
    • Organizer
      2020年電子通信情報学会総合大会(IEICE2020)
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      伊賀上 卓也, 古居 彬, 大西 亮太, 島田 恭平, 辻 敏夫
    • Organizer
      2020年電子通信情報学会総合大会(IEICE2020)
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    • Author(s)
      Akira Furui and Toshio Tsuji
    • Organizer
      41st Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC’19)
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    • Author(s)
      畑元 雅璃, 大西 亮太, 古居 彬, 島田 恭平, 曽 智, 小川 景子, 辻 敏夫
    • Organizer
      第20回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会(SI2019)
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  • [Presentation] 末梢交感神経活動に基づく人間の疼痛評価2019

    • Author(s)
      秋吉 駿, 古居 彬, 平野 陽豊, 隅山 慎, 棟安 俊文, 三戸 景永, 曽 智, 笹岡 貴史, 吉野 敦雄, 神谷 諭史, 中村 隆治, 佐伯 昇, 吉栖 正生, 河本 昌志, 山脇 成人, 辻 敏夫
    • Organizer
      第58回日本生体医工学会大会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Muscle Fatigue Analysis by Using a Scale Mixture-based Stochastic Model of Surface EMG Signals2019

    • Author(s)
      Akira Furui and Toshio Tsuji
    • Organizer
      41th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC'19)
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 表面筋電位の分散分布モデルと生体ゆらぎ評価への応用2018

    • Author(s)
      古居 彬, 辻 敏夫
    • Organizer
      第36回日本生理心理学会大会 公募シンポジウム
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      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] An EMG Pattern Classification Method Based on a Mixture of Variance Distribution Models2018

    • Author(s)
      Akira Furui, Hideaki Hayashi, and Toshio Tsuji
    • Organizer
      40th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC'18)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] CHLAC特徴量を用いた新生児General Movements動画像識別の精度検証2018

    • Author(s)
      飯島 直也, 南木 望, 木下 直樹, 古居 彬, 曽 智, 森 裕紀, 早志 英朗, 島谷 康司, 辻 敏夫
    • Organizer
      第19回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会 (SI2018)
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 尺度混合モデルに基づく脳波解析手法の提案とてんかん発作検出への応用2018

    • Author(s)
      大西 亮太, 古居 彬, 島田 恭平, 中垣 光裕, 曽 智, 竹内 章人, 秋山 倫之, 辻 敏夫
    • Organizer
      第19回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会 (SI2018)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 生体信号解析装置及び生体信号解析方法2018

    • Inventor(s)
      辻敏夫, 曽智, 古居彬, 大西亮太, 秋山倫之, 竹内章人
    • Industrial Property Rights Holder
      辻敏夫, 曽智, 古居彬, 大西亮太, 秋山倫之, 竹内章人
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

URL: 

Published: 2018-05-01   Modified: 2024-03-26  

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