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ウェアラブルヘルスモニタリングに向けたマルチスケール心拍変動解析・評価技術の開発

Research Project

Project/Area Number 19H04506
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 90150:Medical assistive technology-related
Research InstitutionNational Institute of Technology, Kumamoto College

Principal Investigator

卜 楠  熊本高等専門学校, 電子情報システム工学系AEグループ, 准教授 (80425743)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 福田 修  佐賀大学, 理工学部, 教授 (20357891)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2024-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Keywords医療福祉 / ストレス評価・解析 / 心拍変動解析 / 心拍変動データ / 作業環境 / VRコンテンツ / リモートPPG / 深層学習 / 時系列分析 / ストレス評価 / ストレスの誘発手法 / 健康モニタリング
Outline of Research at the Start

健康状態をウェアラブルヘルス機器で常時モニタリングする技術の確立は、個人が長い人生を健康的に暮らし社会の活力を保持していくために重要な課題である。本研究では、日常生活中24/7で心拍情報のモニタリングに基づき、超短時間解析を含んだ時間軸マルチスケール心拍変動解析と評価技術を創出する。本研究は、超短時間心拍変動解析手法の提案と深層ニューラルネットを用いたマルチタイムスケール解析技術への展開と二つのステージに分ける。研究の進行には、ストレス負荷実験を用いた実証から日常環境の計測データの解析検証のフェーズへ移転する。実際に心拍情報をモニタリングし、提案技術の有効性と実用性を検証する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、心拍変動データに含まれる特徴情報をベースにストレス評価を目標に研究を進めた。該当年度の研究助成で主に下記の研究成果を得ることができた。
1,心拍変動の識別評価に必要となるストレス負担が伴う実験を設計し、新たな心拍変動の誘発実験を提案した。まず、タイピング作業を行う環境において、作業時のキーボード特性を変更し、入力者に通常と異なる作業環境を用意する。作業環境の変化により入力者がタイプミスや入力キーの位置変更によりストレスを単発的に誘起する要素を新たに考慮する。このほか、VR視聴中にストレスの誘起方法として、宇宙映像のVRコンテンツの作成を試みた。高精度な宇宙モデルを利用するため、高画質でよりリアルな映像の作成に成功した。
2,心拍変動データを得るために、従来の有線で侵襲的な心電図計測と異なり、映像から心拍変動を推定する研究を試した。特に、本研究は佐賀大の医学部と連携し、乳幼児の映像を計測するなど貴重な実験データを得られた。提案技術は乳幼児の顔より脈拍の要素を抽出し、心拍変動に重要なRR間隔の代わりに脈波間隔の抽出に挑戦した。研究は未完了で、令和6年度にも継続内容の研究活動を行う予定である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

本研究の一部実験実施内容は実施計画の変更に伴い、延期となった。令和6年度にで延期内容の実施を行う。

Strategy for Future Research Activity

これまで未完成の部分を完了し、新しい研究成果を得るように引き続き研究を実施する予定である。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020 2019

All Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 11 results)

  • [Presentation] Mental stress induced with key swapping during typing tasks2024

    • Author(s)
      Nan BU
    • Organizer
      10th IEEJ Int. Workshop on Sensing, Actuation, Motion Control, and Optimization
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Investigation on Multi-lag Poincare Plot Expression in Mental Stress Evaluation with Ultra-short HRV Data2023

    • Author(s)
      Nan Bu
    • Organizer
      The Twenty-Eighth International Symposium on Artificial Life and Robotics 2023 (AROB 28th 2023)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Heart Rate Variability Measurement in a Wearable Device using Low Sampling Rates2022

    • Author(s)
      Nan BU, Masato Uehara
    • Organizer
      2022 IEEE 4th Global Conference on Life Sciences and Technologies (LifeTech 2022)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] EMG-based Force Estimation with a CNN Deep Model during Biceps Curl Exercise2022

    • Author(s)
      Nan Bu, Shogo Morita
    • Organizer
      The 7th International Conference on Intelligent Informatics and Biomedical Sciences
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of an Experimental Platform for HRV Analysis in Human-robot Conversation2022

    • Author(s)
      Masato Uehara, Nan Bu
    • Organizer
      The Twenty-Seventh International Symposium on Artificial Life and Robotics 2022 (AROB 27th 2022)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 動画像からの心拍情報の抽出と可視化2022

    • Author(s)
      河原杏香, 福田修, 卜楠, Liang Yeoh Wen, 山口暢彦, 奥村浩
    • Organizer
      2022 年度電気・情報関係学会九州支部連合大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] コミュニケーションロボットとの会話で誘発されるメンタルストレスに関する研究2021

    • Author(s)
      植原真人, 卜楠
    • Organizer
      第 22 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
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Mental stress level recognition using heart rate variability (HRV) and a deep recurrent neural network2021

    • Author(s)
      Nan BU, Masahiro FUKAMI, Osamu FUKUDA
    • Organizer
      The 26th International Symposium on Artificial Life and Robotics (AROB 26th 2021)
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Pattern recognition of mental stress levels from differential RRI time series using LSTM networks2021

    • Author(s)
      Nan Bu, Masanori Fukami, and Osamu Fukuda
    • Organizer
      2021 IEEE 3rd Global Conference on Life Sciences and Technologies (LifeTech 2021)
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Stress evaluation using heart rate variability (HRV) during golf putting games2020

    • Author(s)
      Nan BU
    • Organizer
      The 25th International Symposium on Articial Life and Robotics (AROB 25th 2020)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Autonomic nervous activity analysis based on Poincare plot of heart rate intervals2020

    • Author(s)
      M. Fukami, N. Bu, O. Fukuda, N. Yamaguchi, H. Okmura
    • Organizer
      The 25th International Symposium on Articial Life and Robotics (AROB 25th 2020)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Mental stress tests with autonomic responses induced in virtual reality environment2020

    • Author(s)
      Nan BU
    • Organizer
      2020 IEEE 2nd Global Conf. on Life Sciences and Technologies (LifeTech 2020)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 心拍間隔のポアンカレプロットに基づく自律神経解析2019

    • Author(s)
      深見政徳,卜楠, 福田修, 山口暢彦, 奥村浩
    • Organizer
      2019 年度電気・情報関係学会九州支部連合大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 拡張現実を利用した音響生成システム:自律神経活動に与え る影響の解析2019

    • Author(s)
      吉田麗央, 福田修, 卜楠, 山口暢彦, 奥村浩
    • Organizer
      2019 年度電気・情報関係学会九州支部連合大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Short-term heart rate variability analysis during driving a powered wheelchair2019

    • Author(s)
      Nan BU, Hirofumi OHTSUKA
    • Organizer
      The 4th International Conference on Intelligent Informatics and Biomedical Sciences
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 電動車椅子操縦時の短時間心拍変動解析(評価指標に関する一考察)2019

    • Author(s)
      大塚弘文, 卜楠
    • Organizer
      日本福祉工学会 第23回学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2024-12-25  

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