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Detection of subclinical aspiration and elucidation of its mechanism from sleep data using explainable artificial intelligence

Research Project

Project/Area Number 21K19621
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 58:Society medicine, nursing, and related fields
Research InstitutionIwate University

Principal Investigator

Sasaki Makoto  岩手大学, 理工学部, 准教授 (80404119)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 玉田 泰嗣  長崎大学, 病院(歯学系), 助教 (50633145)
土井 めぐみ  長崎大学, 病院(医学系), 技術職員 (50899044)
Project Period (FY) 2021-07-09 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Keywords嚥下障害 / 不顕性誤嚥 / マルチモーダル生体信号計測 / AI / 機械学習 / 摂食嚥下
Outline of Research at the Start

不顕性誤嚥は,ムセや自覚症状がなく,静かに肺炎を発症・進行させるため,医療従事者や介護者であってもその兆候や変化を捉えることは難しく,嗄声や発熱等を認めた時点で既に重症化している場合が多い.そこで本研究では,睡眠時生体信号から不顕性誤嚥群を検出しうる,新しいAI手法の開発を目的とする.さらに,AIの判断基準を見える化し,臨床的考察を加えることで,そのメカニズム解明に挑戦する.

Outline of Final Research Achievements

We investigated the possibility of detecting subclinical aspiration from multimodal biological signals during sleep and basic physiological data during wakefulness. Analysis of the awake data using artificial intelligence (AI) revealed that the movements of swallowing-related organs could be classified from surface electromyography signals of the hyoid muscles. In addition, we found that the risk of aspiration during sleep could be evaluated based on changes in breathing patterns before and after swallowing detected by the polyvinylidene fluoride film sensor. In analysis of the sleep data, we measured multimodal biological signals of a dysphagic person with subclinical aspiration and automatically detected saliva swallowing and respiratory changes before and after the swallowing. Furthermore, the feasibility of classifying subclinical aspiration groups by AI was verified, and basic knowledge for a new monitoring technique for dysphagia patients was obtained.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

不顕性誤嚥は,ムセや自覚症状がなく,静かに肺炎を発症・進行させるため,医療従事者や介護者であってもその兆候や変化を捉えることは難しい.本研究では,睡眠時マルチモーダル生体信号と覚醒時基礎データからの不顕性誤嚥患者の検出可能性について基礎的検討を行ったが,患者に共通する生体信号の特徴とその検出法をより詳細に解明できれば,不顕性誤嚥を理解,克服するうえでの新たな展開が期待できる.例えば,不顕性誤嚥の検出法や,誤嚥性肺炎発症の予測システムなどが考えられ,これらの実現に向けた第一歩として,本成果の学術的,社会的意義が認められる.

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Presentation (13 results) (of which Invited: 6 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Presentation] 食事中の咀嚼,嚥下,呼吸の協調評価システムの開発2024

    • Author(s)
      藤川敦大,佐々木誠,杉本大輔,玉田泰嗣
    • Organizer
      第33回ライフサポート学会フロンティア講演会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] ウェアラブルデバイスを用いた嚥下・呼吸のモニタリングシステム2023

    • Author(s)
      杉本大輔,佐々木誠,玉田泰嗣,高橋陽助
    • Organizer
      生体医工学シンポジウム2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Using AI to Noninvasively Capture Aging Changes in Swallowing Function2023

    • Author(s)
      Yasushi Tamada, Makoto Sasaki, Masahiro Suzuki, Yuta yokohama, Katsuhiro Kamata, Yosuke Takahashi, Hideaki Takahata
    • Organizer
      IAGG Asia/Oceania Regional Congress 2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] ストロー摂取時の舌運動と呼吸の協調の分析2023

    • Author(s)
      杉本大輔,板離子,佐々木誠,真柄仁,鈴木拓,井上誠
    • Organizer
      日本顎口腔機能学会第70回学術大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] PVDFセンサを用いた嚥下・呼吸の協調パターン評価法の開発2022

    • Author(s)
      杉本大輔, 佐々木誠, 佐々木颯真, 玉田泰嗣,戸原玄
    • Organizer
      日本顎口腔機能学会 第67回学術大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 前頸部多点表面筋電図を用いた嚥下機能評価技術2022

    • Author(s)
      佐々木誠
    • Organizer
      日本機械学会第34回バイオエンジニアリング講演会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 表面筋電の基礎と可能性2022

    • Author(s)
      佐々木誠
    • Organizer
      第28回日本摂食嚥下リハビリテーション学会学術大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] AIによるsEMGを用いた嚥下イベントの検出2022

    • Author(s)
      玉田泰嗣,高橋陽助,高畠英昭,劉宇曦,佐々木誠
    • Organizer
      第28回日本摂食嚥下リハビリテーション学会学術大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] AIによるsEMG信号を用いた舌骨位置の推定2022

    • Author(s)
      玉田泰嗣,高橋陽助,高畠英昭,劉宇曦,佐々木誠
    • Organizer
      第28回日本摂食嚥下リハビリテーション学会学術大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 歯科から発信する新たな医療 AI2022

    • Author(s)
      玉田泰嗣
    • Organizer
      日本補綴歯科学会第131回学術大会
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      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 表面筋電と工学技術との融合 ~基礎から先端技術まで~2022

    • Author(s)
      佐々木誠
    • Organizer
      第1回表面筋電リハビリテーション研究会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 飲み込みを科学する ~嚥下機能計の開発~2021

    • Author(s)
      佐々木誠
    • Organizer
      ヘルステック・デバイス・フォーラム2021
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 多チャンネル表面筋電図を用いたAIベースの嚥下機能解析2021

    • Author(s)
      佐々木誠
    • Organizer
      第26・27回合同学術大会日本摂食嚥下リハビリテーション学会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 呼吸モニタリングシステム2022

    • Inventor(s)
      佐々木誠,米田直輝,佐々木颯真,杉本大輔
    • Industrial Property Rights Holder
      佐々木誠,米田直輝,佐々木颯真,杉本大輔
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2022-174361
    • Filing Date
      2022
    • Related Report
      2022 Research-status Report

URL: 

Published: 2021-07-13   Modified: 2025-01-30  

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