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歯科鎮静の呼吸器合併症防止を目的とした呼吸音と歯科治療器具からのノイズの特徴解明

Research Project

Project/Area Number 21K10072
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 57060:Surgical dentistry-related
Research InstitutionHiroshima University

Principal Investigator

清水 慶隆  広島大学, 医系科学研究科(歯), 助教 (10294597)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 貞森 拓磨  広島大学, 病院(医), 研究員 (40437611)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywords誤嚥リスク / 呼吸モニタリング / 咽頭残留 / AI解析 / 鎮静 / 気道閉塞 / 誤嚥 / 窒息 / 電子聴診 / 呼吸音 / 嚥下音 / 呼吸異常 / 音響解析 / 歯科鎮静 / 嚥下障害
Outline of Research at the Start

歯科治療時の鎮静管理では窒息や誤嚥といった合併症のリスクが高く、既存のモニタリングでそれらを覚知するのは難しい。その課題を解決するため、本研究では“音”によるモニタリングで、気道から発生する生体音伝搬と解剖学的な影響についての音響解析を行い、鎮静管理でリスクの高い誤嚥や窒息を、確実かつ迅速に覚知するために必要となるモニタリングの要件を明らかにする。さらに音響モニタリング障害の主因となる環境ノイズを除去することで生体音をクリーンに識別するための方策も併せて検討し、音響モニタリングで誤嚥や窒息を覚知するために必要な技術要件を解明する。

Outline of Annual Research Achievements

鎮静中の気道開通性を維持するためには頭部後屈顎先挙上、スニッフィングポジションなどの頭位保持が有効な手段であることは周知の事実である。しかし一方で, 唾液や水分嚥下の観点からみると 気道開通を促す体位は必ずしも嚥下に対して有利なく、鎮静中の体位管理は“息のしやすさ”と唾液や水分喋下のしやすさを両立する必要があり、体位管理が不適切な場合、唾液または水分感下の代償機能が作用しなくなり鎮静中の誤嚥やむせの原因となる。2022年度までにAI解析アルゴリズムを最適化し嚥下定量を実施し、2023年度は歯科鎮静を受ける60人の患者を対象に、前向き観察研究を実施した。プロトタイプの音響モニタリングシステムで、頸部から取得した吸気音をAI解析し、上気道の液体貯留指数(STQV)を算出した。口腔内への注水前後と治療前と咳嗽時のSTQVを比較した。歯科鎮静中に14例の患者で咳嗽が観察され、カプノグラムで31例の無呼吸を検出した。しかし、このうち27例には呼吸音が確認された。さらに、歯科鎮静中に咳をした患者では、咳の直後にSTQVが大幅に上昇していた。研究結果より、AIを用いた新しい音響モニタリングシステムは、上気道の咽頭貯留を高感度かつリアルタイムに判別することで、歯科鎮静時の誤嚥リスクを軽減する可能性が示された。
また、咽頭残留は嚥下機能と大きく相関する。本研究では咽頭残留物を飲み込む際に生じる嚥下音についても、AIによる音響解析で指数化する試みを実践している。嚥下音の指数解析についても有用性が確認されたため、ALSとパーキンソン病患者を対象とした探索的観察研究を実施した。結果として嚥下障害患者の飲み込みの強さをAI解析で指数化することが出来ることを確認した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

2023年度に実施した特定臨床研究の成果成果発表として、国際学術誌に2報の論文が掲載された。本研究の研究成果により、AIを用いた新しい音響モニタリングシステムで上気道の液体貯留を高感度かつリアルタイムにモニタリングすることが可能となり、歯科鎮静時の誤嚥リスクを軽減する可能性が示された。また、嚥下音のAI解析による指数化についてもALSとパーキンソン病患者でフィージビリティーを確認した。

Strategy for Future Research Activity

これまでの研究で副雑音判別モデルの新たな課題が浮き彫りとなった。具体的には感度は実臨床に利用するのに十分なレベルであることを確認したが、特異度はやや低いため、センサーの改良による解析性能の向上を検討している。
また、2023年度の研究成果発表としてさらに1報の論文を投稿中であるため、1ヵ年研究期間を延長しセンサーの改良と追加の成果発表を実施することとした。

Report

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

    (7 results)

All 2023 2022

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 4 results) Presentation (2 results)

  • [Journal Article] New acoustic monitoring system quantifying aspiration risk during monitored anaesthesia care.2023

    • Author(s)
      Shimizu Y, Ohshimo S, Saeki N, Oue K, Sasaki U, Imamura S, Kamio H, Imado E, Sadamori T, Tsutsumi YM, Shime N.
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 18 Issue: 1 Pages: 21196-21196

    • DOI

      10.1038/s41598-023-46561-7

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Usefulness of new acoustic respiratory sound monitoring with artificial intelligence for upper airway assessment in obese patients during monitored anesthesia care2023

    • Author(s)
      Shimizu Y, Saeki N, Ohshimo S, Doi M, Oue K, Yoshida M, Takahashi T, Oda A, Sadamori T, Tsutsumi YM, Shime N.
    • Journal Title

      The Journal of Medical Investigation

      Volume: 70 Issue: 3.4 Pages: 430-435

    • DOI

      10.2152/jmi.70.430

    • ISSN
      1343-1420, 1349-6867
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Detailed findings of videofluoroscopic examination among patients with Parkinson's disease on the effect of cervical percutaneous interferential current stimulation2023

    • Author(s)
      Nakamori Masahiro、Toko Megumi、Yamada Hidetada、Hayashi Yuki、Haruta Azusa、Hiraoka Aya、Yoshikawa Mineka、Nagasaki Toshikazu、Ushio Kai、Yoshikawa Kohei、Shimizu Yoshitaka、Mikami Yukio、Maruyama Hirofumi
    • Journal Title

      Frontiers in Neurology

      Volume: 14 Pages: 1279161-1279161

    • DOI

      10.3389/fneur.2023.1279161

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Swallowing sound evaluation using an electronic stethoscope and artificial intelligence analysis for patients with amyotrophic lateral sclerosis2023

    • Author(s)
      Nakamori Masahiro、Ishikawa Ruoyi、Watanabe Tomoaki、Toko Megumi、Naito Hiroyuki、Takahashi Tamayo、Simizu Yoshitaka、Yamazaki Yu、Maruyama Hirofumi
    • Journal Title

      Frontiers in Neurology

      Volume: 14 Pages: 1212024-1212024

    • DOI

      10.3389/fneur.2023.1212024

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Real-time assessment of swallowing sound using an electronic stethoscope and an artificial intelligence system.2022

    • Author(s)
      Suzuki K, Shimizu Y, Ohshimo S, Oue K, Saeki N, Sadamori T, Tsutsumi Y, Irifune M, Shime N.
    • Journal Title

      Clinical and Experimental Dental Research

      Volume: 8 Issue: 1 Pages: 225-230

    • DOI

      10.1002/cre2.531

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 肥満患者の監視下麻酔管理での誤嚥リスクを可視化する AI音響モニタリングシステム2023

    • Author(s)
      清水慶隆,佐伯 昇,土井 充.大植香菜,吉田充広,高橋珠世,小田 綾,大下慎一郎,貞森拓磨,志馬伸朗
    • Organizer
      第6回 気道管理学会学術集会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 歯科鎮静時の誤嚥リスクを可視化するAI音響モニタリングシステム開発2023

    • Author(s)
      清水 慶隆,佐伯 昇,土井 充,大植 香菜, 高橋 珠世,小田 綾,佐々木 詩佳,今村 芹佳, 今戸 瑛二,神尾 尚伸,吉田 充広
    • Organizer
      第51回日本歯科麻酔学会総会・学術大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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