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排泄介助支援のための膀胱内蓄尿量予測システムの構築

Research Project

Project/Area Number 20K12769
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 90150:Medical assistive technology-related
Research InstitutionAoyama Gakuin University

Principal Investigator

栗原 陽介  青山学院大学, 理工学部, 教授 (50552600)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Keywords排泄介助 / 蓄尿量 / 体内水分量 / 尿意 / 排尿時刻 / 超音波センサ / ハイパースペクトルカメラ / 吸光スペクトル / 排尿間隔 / 吸光特性 / 蓄尿量予測
Outline of Research at the Start

高齢社会を迎えた日本においては、介護施設に滞在する被介助者の尿失禁が問題となっている。介護者において、事前に被介助者の膀胱内の蓄尿量がどのように推移するかを予測することができれば、介護スケジュールが立てやすく、適切な時間にトイレへ連れていくことが可能となる。本研究では、尿失禁を防止するため膀胱内の蓄尿量がどのように推移するかを予測するシステムの開発を目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

2023年度は,体内水分収支を考慮した膀胱内蓄尿-尿意伝達モデルを構築し,超音波センサの出力信号および,それまで摂取した飲料の種類,量,排尿量をもとに,排尿時刻の予測を逐次的に行う手法の開発に取り組んだ.
提案手法における体内水分収支を考慮した膀胱内蓄尿-尿意伝達モデルは,i) 膀胱内蓄尿量モデル,ii) 体内水分量の推移を表すモデル,iii) 尿意伝達モデルの3つのモデルにより構成される.i) 蓄尿量モデルでは,腎臓で濾過された原尿が尿管を経由し膀胱に流入し蓄積する蓄尿量の推移を表す.ii) 体内水分量の推移モデルでは,飲料や食事を摂取することで体内に吸収される水分量と,皮膚,粘膜,呼息などの不感蒸散や,排尿により体内から排出される水分量に基づく体内水分量の推移を表す.iii) 尿意伝達モデルでは,蓄尿量の増加にともない上昇する膀胱内圧が排尿中枢への伝達されることで誘発される尿意の誘発過程を,任意の時刻において,尿意が発生していない確率,1回尿意を感じる確率による確率微分方程式で表す.この確率の推移は,膀胱内蓄尿量モデルおよび体内水分量の推移を表すモデルを構成するパラメータにより変動する排尿回数の期待値により決まる.提案手法では,モデルパラメータを説明変数,実際の排尿時刻を目的変数とし,ガウス過程回帰により期待値の推定を行った.推定した期待値を,尿意伝達モデルに適用し,確率微分方程式の解として尿意が発生していない確率と,1回尿意を感じる確率の推移をシミュレーションする.シミュレーションの結果に基づき,1回尿意を感じる確率が,尿意が発生していない確率を超える時刻を予測排尿時刻と予測する.上記の手法を超音波センサの出力信号が計測されるごとに行うことで,逐次的に排尿時刻を予測する手法の開発に取り組んだ.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本課題では,実生活での環境における排尿時刻の予測を最終的な目標としている.そのためには,実際の生活における様々な食事や飲料を摂取する条件下で排尿時刻を予測する必要がある.2022年度までは,検証実験として決まった時刻に決まった水分量を摂取するシンプルな条件で提案手法を評価してきたが,2023度は最終的な目標を考慮し,新たな実験条件として,C1) 任意の時刻に任意の水分量を摂取する,C2) 任意の時刻にカフェインを含む飲料を任意の量摂取する,C3) 任意の時刻に任意の量の食事を摂取する,の3条件を追加することで,より実生活に近い条件下での検証実験を行い提案手法の評価を行うことができた.

Strategy for Future Research Activity

2024年度は,2023年度に構築した体内水分収支を考慮した膀胱内蓄尿-尿意伝達モデルにおける3つのモデルの評価および,排尿時刻予測の精度向上のためのモデルの再検討を行う.また評価の精度を向上するため,2023年度に実施した実験条件によるデータを,実験参加者をさらに増やし取得する.
また,本課題の総括として,得られた知見をもとに新たな展開について検討する.

Report

(4 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Evaluation of Colour Space Effect on Estimation Accuracy of Hyperspectral Image by Dimension Extension Based on RGB Image2022

    • Author(s)
      R. Sato, Y. Hamada, T. Kaburagi and Y. Kurihara
    • Journal Title

      SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration

      Volume: vol. 15 Issue: 1 Pages: 86-95

    • DOI

      10.1080/18824889.2022.2048532

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Predicting the bladder urinary volume with a reabsorbed primitive urine model2021

    • Author(s)
      Taku Hirota、Yuri Hamada、Takashi Kaburagi、Yosuke Kurihara
    • Journal Title

      SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration

      Volume: - Issue: 2 Pages: 1-8

    • DOI

      10.1080/18824889.2021.1874679

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Model of Urine Accumulation in the Bladder and Method for Predicting Unconstrained Urine Volume Based on Absorption Spectrum of Urine2020

    • Author(s)
      Y. Kurihara, T. Yamasaki, T. Kaburagi, S. Kumagai and T. Matsumoto
    • Journal Title

      IEEE Access

      Volume: vol. 8 Pages: 69368-69377

    • DOI

      10.1109/access.2020.2986584

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 体内水分量の動態を考慮した膀胱内蓄尿-尿意伝達モデルによる排尿時刻逐次予測手法の提案2024

    • Author(s)
      塩田崇真,浜田百合,栗原陽介
    • Organizer
      IIP 2024
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 膀胱内蓄尿量予測のための非線形微分方程式モデルの差分化手法の違いにおける数値解精度の比較2023

    • Author(s)
      塩田崇真,浜田百合,栗原陽介
    • Organizer
      第22回情報科学技術フォーラム(FIT2023)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 深部体温および発汗量に基づく体温調整機能を考慮した排尿時刻予測手法の提案2023

    • Author(s)
      八木匠,塩田崇真,浜田百合,栗原陽介
    • Organizer
      第18回日本感性工学会春季大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Dimensional Extension Algorithm for Generating Hyperspectral Images Considering Absorption Spectrum Characteristics2022

    • Author(s)
      R. Sato, Y. Hamada, Y. Kurihara
    • Organizer
      2022 Joint 12th International Conference on Soft Computing and Intelligent Systems and 23rd International Synposium on Advenced Intelligent Systems (SCIS&ISIS)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ロジスティック関数による膀胱内蓄尿量モデルの提案2022

    • Author(s)
      塩田崇真,浜田百合,栗原陽介
    • Organizer
      2022年電子情報通信学会ソサエティ大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 超音波センサの蓄尿量推移における膀胱体積変動モデルを用いた逐次誤差評価2022

    • Author(s)
      塩田崇真,浜田百合,栗原陽介
    • Organizer
      第24回高齢社会デザイン合同研究発表会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 摂取水分量および排尿量による体内水分収支を考慮した排尿時刻予測手法の提案:回帰手法の違いによる予測精度の比較2022

    • Author(s)
      塩田崇真,浜田百合,栗原陽介
    • Organizer
      第21回情報科学技術フォーラム(FIT2022)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] ガウス過程回帰を用いた飲水時誤差補正による排尿時刻予測手法の提案2022

    • Author(s)
      塩田崇真,広田卓,浜田百合,栗原陽介
    • Organizer
      2022年電子情報通信学会総合大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] RGB 画像に基づく多階層型高次元分光画像推定システムの構築2022

    • Author(s)
      茂木直人,佐藤遼史,浜田百合,栗原陽介
    • Organizer
      2022年電子情報通信学会総合大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Evaluation of the Effect of Light Source Spectrum on the Estimation Accuracy of High Dimensional Spectral Images Using Neural Networks Based on RGB Images2021

    • Author(s)
      R. Sato, Y. Hamada, T. Kaburagi and Y. Kurihara
    • Organizer
      SICE Annual Conference 2021
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] オートエンコーダを用いた吸光スペクトルの特徴量選択における排尿間隔予測2021

    • Author(s)
      広田卓, 村田亮介, 浜田百合, 栗原陽介
    • Organizer
      第 20 回情報科学技術フォーラム
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] RGBおよびHSV色空間に基づく高次元分光画像生成のためのAutoencoderを用いたソフト疑似プリズムの開発2021

    • Author(s)
      佐藤遼史, 高尾郁也, 浜田百合, 鏑木崇史, 栗原陽介
    • Organizer
      第 20 回情報科学技術フォーラム
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 排尿時吸光スペクトルにおける波長領域選択手法を用いた無拘束排尿間隔予測2021

    • Author(s)
      村田亮介, 広田卓, 浜田百合, 鏑木崇史, 栗原陽介
    • Organizer
      情報処理学会 第83回全国大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 膀胱内原尿流入速度および蓄排尿特性にもとづく膀胱内蓄尿量予測システムの開発2021

    • Author(s)
      永野正洋,広田卓,浜田百合,鏑木崇史,栗原陽介
    • Organizer
      第16回日本感性工学会春季大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Estimation of Urinary Accumulation Model Parameters Based on Absorption Spectrum and Method of Predicting Urinary Volume in the Bladder for a Multi-Task Gaussian Process2020

    • Author(s)
      T. Hirota, T. Yamasaki, Y. Hamada, T. Kaburagi, and Y. Kurihara
    • Organizer
      SICE Annual Conference 2020
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2024-12-25  

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