2019 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)
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 | バイタルサイン測定 / FBGセンサ / スマートテキスタイル / ヘルスケア衣環境 / 血圧計測 / 非侵襲血糖値計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ファイバブラッググレイティングセンサ（Fiber Bragg Grating，FBGセンサ）のヒト血圧計測への応用と複数のバイタルサイン計測の実用展開について研究を展開した．橈骨動脈モデルと疑似血液の拍出装置により血流モデルシステムを構築し，血管内の血流を再現し血圧検知機序を考察した．この結果，脈動点においてFBGセンサで観測される脈波信号には，血圧変化に関する情報が含まれていることから，FBGセンサの血圧測定の妥当性を明らかにした．
FBGセンサの血圧計測への適用を，200名を超える被験者実験により検証し，日本の自動血圧計の精度基準を満たす精度を検証し，脈波が７のカテゴリーに分類できることを明らかにした．血圧急変を再現する被験者実験により，FBGセンサが日常の血圧急変にも対応可能であることを実証した．
FBGセンサを血糖値非侵襲計測へ応用し，被験者実験によりFBGで測定される被験者の脈波の特徴量と血糖値の間に有意な相関関係を発見した．さらに，血糖値非侵襲計測の精度向上について，機械学習を脈波パターンに適用して血糖値の検量線を開発した．誤差逆伝搬法のニューラルネットワーク法を適用し，血糖値の検量誤差は，参照値測定法と同程度の±20%以内であることを明らかとした．
傾斜フィルタ方式による検波方式を採用したFBGセンサシステムを試作し，従来の方式と同程度以上に高精度な脈波測定が実現できることを明らかにした．
熱電対を織り込んだ多点温度計測テキスタイルを作成し，下衣内温度分布を測定した．サーマルマネキンに3種のズボンを着用させ，立位および座位における保温性を計測し，衣服と人体間のエアギャップの効果を明らかにした．また，光ファイバを組紐F法により被覆した構造糸FBGセンサを開発し，このFBGセンサを導入したバイタルサイン検出用エルボーカバーを研究開発し有用性を検証した．
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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
FBGセンサの血圧計測への適用について，血流モデルによる計測の機序，広範な被験者による計測の最適化研究，ならびに医療現場における実用化試験をもとにして，新たな血圧検知システムを提案するなど大きく進捗した．さらに，FBGセンサの血糖値非侵襲計測への適用について被験者実験をもとに検証するとともに，新たな血糖値計測システムを提案するに至った．FBGセンサなど「ひずみセンサ」の脈波測定による血圧測定，血糖値非侵襲測定は，本年度日本および米国の特許権を得るとともに，血糖値計測への適用について，欧州，中国，韓国に出願審査を継続中である．基盤研究成果として重要な進捗である．
さらに，本研究の実用展開に関して，ヒトのバイタルサインの同時測定を実現するための実装試験や規模拡大した被験者実証試験を展開した．特に，新規な検波方式を採用した高精度測定装置開発に成功した．また，ヒトのバイタルサインの同時測定など，社会的実装可能なシステム開発を行い，医療現場において実証的検証を展開できた点も重要な進捗である．
以上，FBGセンサの血圧測定原理の実験的検証，脈波パターンに血糖値変動に関する情報が含まれることを検証した点，および実用性の高い測定装置の研究開発は高い学術的価値を有しているのみならず，特許を確定させて多大な社会貢献が期待できるなど，当初計画以上に進展した．
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| Strategy for Future Research Activity |
FBGセンサおよび熱電対テキスタイルのバイタルサイン測定への適用に関して，測定精度，測定の安定性，測定の汎用性,および実用性の観点から研究課題を総括する．また，FBGセンサの血糖値計測の機序に関する検証を進め，計測の妥当性を確認する．
規模を拡大した被験者実験を実施し，装着型バイタルサインの実用性を検証するとともに，アンダーウエア，パンツ，リストバンド，エルボーカバーなどヘルスケア衣環境を支援する繊維製品の装着試験をもとに実用化を図る．
以上の基盤研究の結果を総合して，本課題を総括する．
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