Construction and demonstration of uroflowmetry using a bath scale and LPWAN

• Project/Area Number: 21K12784
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 90150:Medical assistive technology-related
• Research Institution: University of Toyama
• Principal Investigator: 藤田 徹也 富山大学, 学術研究部芸術文化学系, 准教授 (70238575)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
• Keywords: 体重計 / 尿流率 / M5Stack / IoTクラウド / Freefrow / Bluetooth / 尿流量 / 排尿曲線 / LPWAN / IoT / 尿流量測定

Outline of Research at the Start

本研究では、体重計を用いた排尿曲線の測定方法を確立するとともに、立位排尿データを患者および医療機関にオンラインで提供できるIoTシステムを、LPWANを利用して実用化することを目的とする。
研究では体重計の計測データをLPWANによってサーバに集約し、排尿曲線として利用できるシステムを構築し、男性被験者による実証実験によってシステムの妥当性を評価する。
本システムにより、在宅から排尿データとして排尿曲線の送信が可能となり、排尿の状況をより詳細に把握することが可能になる。また、排尿日誌への記入や計量カップの洗浄等の患者の負担が大きく軽減されるともに、外出や接触等による感染症の予防にも役立つ。

Outline of Annual Research Achievements

泌尿器科の患者にとって、非接触での尿流量(尿量・尿の速度)の記録を自動化するニーズは高いが、高価な尿流量計は家庭では容易に利用できない。本研究では、体重計を用いた排尿曲線の測定方法を確立するとともに、立位排尿データを患者および医療機関にオンラインで提供できるIoTシステムを、LPWAN(特定小電力無線ネットワーク)を利用して実用化することを目的としている。今年度は、体重計とBluetooth接続し、IoTクラウドにデータの送信が可能な小型の省電力型機器（M5Stack）を導入し、関連するソフトウェアの開発を実施した。また、排尿曲線の算出に必要とされる、測定データのノイズ除去方式について検討した。
システムの開発に関しては、M5Stackの導入によって、体重計とのBluetooth通信の制御が容易となり、M5Stackに付属するボタン操作およびディスプレイ表示等により、利用者が本システムを容易に操作することができるようになった。
また、昨年度に引き続き排尿曲線の算出アルゴリズムの改善のため、排尿以外の要因による、測定データのノイズの除去方式について検討した。その結果、（１）体重計への乗降時や排尿開始・終了時に見られる大きなデータ変動、（２）排尿中の重心動揺に基づく小さいデータ変動のそれぞれに対して有力なノイズ除去方式の候補を見出し、当初の移動平均法から算出される尿流率に対して、特に排尿開始時および終了時の尿流率の計算に改善が見られたが、精密な電子天びん、および市販の尿流量計（Freefrow）によると尿流率と比較した場合、必ずしも一致していない場合も見られた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

今年度は計画の２年目として、M5Stackの導入によって、体重計とのBluetooth通信の制御が容易となったこと、および、利用者が本システムを容易に操作することができるようになったことから、システム開発の面では、おおむね順調に研究を実施できていると考える。
一方、排尿曲線の算出アルゴリズムを改善するため、有力なノイズ除去方式の候補を見出し、尿流率の計算に一部改善が見られたが、正確であると考えられるデータとは必ずしも十分に一致していない場合も見られる。また、排尿率算出アルゴリズム決定の遅延やコロナ禍等の影響により、被験者を対象とした実証実験を実施することができなかったため、研究全体の進捗状況としては、「やや遅れている」を選択した。

Strategy for Future Research Activity

今後は、体重計による排尿データによって、より正確な排尿曲線および排尿量、平均尿流率、最大尿流率の主要パラメータが算出できるよう、これまでの研究により得られた、ノイズ除去方式を適用することにより、引き続き排尿曲線の算出アルゴリズムの改善に取り組むとともに、IoTクラウドからダウンロードしたデータを処理し、患者や医療従事者に提供するシステムの開発に取り組む。
また、M5Stackによるコンパクトで運搬可能な測定モジュールを制作し、モジュール完成後、本システムをトイレ等の実際に使用される環境に設置して試験的運用を行い、可用性・耐久性等を検証する。
さらに、開発した尿流量測定システムを使用し、男性被験者を対象として、研究機関・医療機関・被験者宅等で排尿の測定を実施する予定である。