2017 Fiscal Year Annual Research Report
Wearable Vital Sign System for Health Care Clothing based on FBG sensor
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16H01805
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
石澤 広明 信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (90345760)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高寺 政行 信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (10163221)
太田 信 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (20400418)
児山 祥平 信州大学, 学術研究院繊維学系, 助教 (30777818)
坂口 明男 信州大学, 学術研究院繊維学系, 准教授 (40205729)
細谷 聡 信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (40293500) [Withdrawn]
藤本 圭作 信州大学, 学術研究院保健学系, 教授 (70242691)
鈴木 大介 信州大学, 学術研究院繊維学系, 准教授 (90547019)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | FBGセンサ / バイタルサインセンシング / ウェアラブルデバイス / 脈波 / 血圧測定 / 血糖値測定 / ヘルスモニタリング / スマートテキスタイル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光ファイバのコアに回折格子を有し光波の波長フィルタ機能を発現するファイバブラッググレーティング（FBG）センサのヒトバイタルサイン検知システムへの適用を検証し，ヘルスケアなどに資するウェアラブルデバイスの実現を目的にしている．実績の概要は以下のとおりである．
ウェアラブルシステムの実現に必須の制御部の小型化に関して，FBGセンサ信号を高精度で検波できるシステムを設計して試作した．試作システムはスマートフォン程度の寸法となり，可搬化に見通しを得た．今後，本試作システムの評価および改善を反復し，より実用に迫る超小型化に関する研究開発を展開する．
信州大学病院に通院する患者様の協力を得て，血圧計測に関する被験者実験を進めた．およそ200名の脈波データと対応する血圧値，および被験者の年齢，性別，病歴などの情報を蓄積できた．血圧値の計測の安定性や実用運用上のアルゴリズムの確立など，被験者情報を踏まえて検証を進めた．その結果，ヒト脈派の分類手法やカテゴリーごとの血圧検量法の最適化を実現できた．また，血圧を急速に上昇させる冷感刺激法により，FBGセンサが血圧変動に追随して計測可能であることを実験的に明らかにした．
ヒト脈波のパターンの特徴と血圧や血糖値との関係について，血流をモデル化した流動ファントムを用いた実験的研究を推進した．その結果，FBGセンサで検知している脈波のパターンと流動による圧力波は酷似しており，FBGセンサ信号が血圧の情報を含むことの妥当性を実験的に明らかにした．血糖値検知機序についても，同様の研究を展開したところである．
FBGセンサを構造糸に加工した後，リストバンドやインナーウェアに導入するため，導入した編地を試作して，ヒトの衣服圧力の最適領域，装着方法など基礎データを装着実験によって収集した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究で目的を達成するためには，FBGセンサシステムは，波長分解能において0.1pm，時間分解能で1ms以下を要求される．この仕様を満たしながら，ウェアラブルシステムを運用するための可搬型装置は世界的にも僅少であり，本研究において創製する必要があった．平成29年度においてその目標を達成できる見通しを得た．
反復した被験者実験の積み重ね，および血流モデルの流れ場の観測により，血圧計測において検知の妥当性ならびに安定性の検証が進展した．また，ヒトの日常生活において変動するバイタルサインを精度良く連続的に観測できることを明らかとし，FBGを用いたウェアラブルシステムの実用性を検証した．
FBGセンサの構造糸加工やテキスタイル導入技術の最適化に迫ることができ，商品化に見通しを得るとともに，使用する衣環境や生活場面を想定したバイタルサイン情報の効果的な活用について検証を進展させている.
以上の成果を踏まえると，バイタルサインのほとんどの項目を同時に計測する応用研究は順調に進展している．
血糖値計測の妥当性ならびに安定性について，同様の反復した実験的研究を要する．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度に設計・試作した小型プロトタイプFBGセンサシステムを用い，基本性能（波長分解能0.1pm，時間分解能1ms，S/N30dB以上）を確認する．さらにヒト装着実験によって，脈波観測，被験者によるバイタルサイン計測を反復し評価する．さらに，この設計情報を踏まえ更なる超小型化，すなわち商品化プロトタイプの設計・試作を進める．
FBG構造糸を導入したテキスタイル製品を試作し，装着実験，官能評価，バイタルサイン計測実験を進めて，ウェアラブルシステムの社会実装について考察する．
血糖値の検知原理解明のため，被験者を用いた血管二次元流動場計測・シミュレーション，FBGセンサ信号観測，連続式血糖値計測を同時に実施する．このことにより，検知原理，機序を解明する．
連続式血圧計，および連続式血糖値計を導入し，これらの計測値を参照値とする被験者実験を展開する．これにより，FBGセンサシステムの安定性と精度確保を図るとともに，バイタルサイン情報の活用について検証する．
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