| Project/Area Number |
22H00594
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 90:Biomedical engineering and related fields
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
竹井 邦晴 北海道大学, 情報科学研究院, 教授 (20630833)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中嶋 浩平 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 准教授 (10740251)
渡辺 心 順天堂大学, 医学部, 先任准教授 (80220888)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2025)
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| Budget Amount *help |
¥42,120,000 (Direct Cost: ¥32,400,000、Indirect Cost: ¥9,720,000)
Fiscal Year 2025: ¥9,490,000 (Direct Cost: ¥7,300,000、Indirect Cost: ¥2,190,000)
Fiscal Year 2024: ¥11,310,000 (Direct Cost: ¥8,700,000、Indirect Cost: ¥2,610,000)
Fiscal Year 2023: ¥9,880,000 (Direct Cost: ¥7,600,000、Indirect Cost: ¥2,280,000)
Fiscal Year 2022: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000)
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| Keywords | フレキシブルデバイス / リザバーコンピューティング / 健康管理 / センサ / エッジシステム / フレキシブルセンサ |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、無線でバイタル信号を常時計測し、そのデータの瞬時解析で健康管理を行うフレキシブルセンサシステムの開発を行う。特に絆創膏のように皮膚に貼付する多検知センサパッチとそれを自動解析するシステムの開発を行う。そしてそれを用いて実際に実証試験を行うことで、健康管理や医療分野に適用できるかどうかを解析する。まだ誰も実現したことがない皮膚表面からの多種バイタルデータの遠隔無線計測及び瞬時・常時解析により、遠隔医療・見守り分野でのブレイクスルーを起こし、次世代の『スマート健康社会』の基礎基盤の構築を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では無線で常時バイタル計測し、そのデータの瞬時解析を行う健康管理センサシートシステムの開発を目指している。本年度は下記の項目について重点的に研究開発を実施した。
① 常時多検知センサパッチの応用に特化した最適化及び改良：健康管理において重要な要素となる体のバイオマーカー計測を目指し、化学センサの開発を行った。特にウェアラブル用途では環境や体温変化により化学センサの補正が必要になってしまい、システムとして複雑化してしまう問題があった。そこで長時間安定且つ高精度計測を目指し、補正を不要とするグルコースセンサや乳酸センサ、pHセンサの開発を行った。電気化学信号の微分を用いることで初めてほぼキャリブレーションフリーのセンサを開発することに成功した。
② 学習用バイタルデータ計測・蓄積：睡眠時無呼吸患者から本センサシートを用いたバイタル計測を、一般的な医療機器とともにデータ取得を行い、現状被験者35名からの実証試験を終了している。そしてそのデータ解析を行うことで、無呼吸状態などを簡易に検知できることを明らかにしてきた。
③ リザバー解析用アルゴリズムとエッジシステムの構築：これまで開発してきたセンサパッチを用いてバイタルを瞬時に解析するリザバー解析用アルゴリズムの開発を行った。これによりバイタルデータから、咳、不整脈、転倒などの状態を瞬時解析することを可能にした。そして本アルゴリズムを用いてスマートフォン上で瞬時解析するエッジシステムの構築を行い、デモを行った。このフレキシブルセンサの出力を無線通信でスマートフォンに転送し、クラウドやコンピューターを用いることなくスマートフォン内で全てを解析するエッジシステムを世界で初めて実証することに成功した。
またこれらの成果を発展させることで、電子ブラシや電子皮膚といった瞬時解析脳を有したセンサシステムの開発にも成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度は汗センサとして、グルコースセンサ、乳酸センサ、pHセンサの補正を必要としない検出機構の構築、さらにその長期安定計測を実現した。これは当初の予定以上の成果である。また予定していた、バイタルの連続計測や病院での実証試験を実施することで、エッジシステム実現へ向けた多くのデータ取得を行った。そしてマルチモーダル・フレキシブルセンサシートの常時出力信号を無線でスマートフォンに転送し、クラウドなど高度な解析コンピューターを用いることなく、スマートフォン内のみで解析する、リザバーコンピューターの解析アルゴリズムの開発に成功した。これにより初めてフレキシブルセンサによるエッジシステムを作り、デモすることができた。また本センサやリザバーコンピューター解析アルゴリズムを応用発展させることで、電子ブラシや電子皮膚を開発したことも当初の計画以上の成果である。このフレキシブルセンサ＋リザバーコンピューターの融合研究により、これまで計測できなかった情報を計測できるようになりつつあり、これは大きな成果であると考えている。このように当初の予定を遥かに超えた成果を出すことができており、（１）当初の計画以上に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の申請書の内容は全て達成することができているが、本申請書内容が本研究のゴールではないため、その最終的な実用レベルのセンサシステムの開発を目指し、さらなる研究を推進する。特に、医学的根拠に基づいた解析・診断を目指し、様々な診療科におけるバイタルデータの取得及び、医療機器との相関関係解析を行う。また本年度開発した汗センサをさらに発展させる目的で、発汗を促すシステムなどを融合させた集積デバイスの開発を実施する。そしてこれらの成果を論文、学会を通して世界に発信することで、世界に存在感を示していく。最終年度となるが、研究開発をさらに加速することで、より実用的な瞬時解析脳を有したマルチモーダルセンサパッチの基礎を構築していく。
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