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Non-contact vital measurements using spatial ultrasound

Research Project

Project/Area Number 23K18480
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 61:Human informatics and related fields
Research InstitutionKobe University

Principal Investigator

和泉 慎太郎  神戸大学, 科学技術イノベーション研究科, 准教授 (60621646)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 村瀬 翔  大阪大学, 大学院医学系研究科, 招へい教員 (30762538)
Project Period (FY) 2023-06-30 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Keywords非接触生体計測 / 空間超音波
Outline of Research at the Start

本研究の意義は、心房細動などの不整脈を非接触で検出する技術を確立し、家庭環境や遠隔診療でのモニタリングに応用できるスクリーニング技術を実現する点にある。kHz帯の空間超音波とレーダー技術を用いて、心臓拍動に起因する体表面振動を高精度に計測する技術を確立する。非接触バイタル計測は日常生活下での応用が期待されているが、コストと精度の両面に課題がある。特に体動や周辺環境起因のノイズが大きな課題である。これらの課題を低コストな超音波トランスデューサとレーダー技術を用いて解決する点に本研究の挑戦性がある。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の意義は、心房細動などの不整脈を検出するための非接触心拍計測技術を確立し、家庭環境や遠隔診療でのモニタリングに応用できるスクリーニング技術を実現する点にある。kHz帯の空間超音波とレーダー技術を用いて、心臓拍動に起因する体表面振動を高精度に計測する技術を確立する。非接触バイタル計測は日常生活下での応用が期待されているが、コストと精度の両面に課題がある。特に体動や周辺環境起因のノイズが大きな課題である。これらの課題を低コストな超音波トランスデューサとレーダー技術を用いて解決する点に本研究の挑戦性がある。
現在までに、提案手法を用いて25kHzの空間超音波を用いて人体表面まで最大1mの距離から心拍と呼吸を計測できることを確認した。新たな提案技術として、超音波信号を符号化したうえでドップラーシフトを抽出する信号処理アルゴリズムを開発し、プロトタイプデバイスを用いて実装・性能評価を行った。また、MEMSマイクを用いて多チャンネルのマイクロホンアレイを小型に実装し、精度を改善した。提案手法について国際学会で1件の発表を行い、1件が採択されている。また英文論文誌への投稿を進めている。
現在位相情報を用いた精度改善アルゴリズムと機械学習の適用に取り組んでいる。また、プロトタイプデバイスはFPGAボードを用いて開発しており、臨床での実測に向けて準備を進めている。リアルタイムでの計測と評価についても動作を確認している。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究の目的である非接触心拍計測システム開発、機械学習を用いた心拍抽出アルゴリズム、臨床での評価検証のうち、システム開発を完了し、アルゴリズムの開発にも目処がついた。

Strategy for Future Research Activity

2024年度にアルゴリズム開発を完了し臨床評価を実施する予定である。システム開発は2023年度に完了しており、計画に変更はない。

Report

(1 results)
  • 2023 Research-status Report
  • Research Products

    (4 results)

All 2023

All Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Presentation] マイクロ波ドップラーセンサと機械学習を用いた非接触心拍計測2023

    • Author(s)
      浅野 卓磨, 川口 博, 和泉 慎太郎
    • Organizer
      電子情報通信学会総合大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] マイクロ波ドップラーセンサを用いた非接触生体認証2023

    • Author(s)
      高橋 宏太, 和泉 慎太郎, 川口 博
    • Organizer
      第40回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 空間超音波を用いた非接触呼吸モニタリング2023

    • Author(s)
      都甲 尚志, 河合 晃聖, 石井 徹, 和泉 慎太郎, 川口 博
    • Organizer
      電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Contactless respiration measurement system using 25-kHz spatial ultrasound Doppler sensor2023

    • Author(s)
      Kawai Kousei、Ohara Ryotaro、Sato Shun、Ishii Toru、Izumi Shintaro、Kawaguchi Hiroshi
    • Organizer
      IEEE International Ultrasonics Symposium (IUS)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2023-07-04   Modified: 2024-12-25  

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