2017 Fiscal Year Research-status Report
心電図計測可能なスマートスイムウェアとそれを応用した水中運動指導システムの開発
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17K01655
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
塩澤 成弘 立命館大学, スポーツ健康科学部, 准教授 (30411250)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 心電図計測 / 水中生体信号計測 / トレーニング支援 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水泳/水中運動中の心電図計測とそれらから得られる情報は、トレーニングのために非常に有用である。そこで、本研究では、“着るだけ”で心電図が計測でき、本人/周囲の人に状態を知らせることができるスマートスイムウエアを実現する。さらに、スマートスイムウエアで計測した心拍数から算出した運動強度を基にした水中運動中リアルタイム指導システムを開発する。
上記の本研究の最終目標達成のためには、まず、その基盤技術となる“着るだけで”心電図計測可能なスマートスイミングウエアを実現する必要がある。H29年度はスマートスイムウエア開発のための基礎データを取得することを主な目的としていた。これまで開発してきた陸上用の心電図計測用スマートウエアをそのまま用いて水中で心電図計測を行った場合、陸上に比べ心電図振幅が減少し、その結果、体動により心電図計測の精度が減少することがわかった。さらにこの原因を調べるため、様々な電極形状を有するスマートスイムウエアを開発し、開発スイムウエアを用いて水中における心電図計測実験を行った。本心電図計測実験から、心電図振幅減少の原因が電極形状による生体－心電図計測用アンプ間のインピーダンスの減少であることが明らかになった。また、同時に電極形状についても生体－心電図計測用アンプ間のインピーダンスを増加させる電極形状についても明らかにすることができた。
上記の研究成果により、水中においても心電図が計測できるスマートスイムウエアを実現するための基礎資料を得ることができた。
また、研究成果については、国際会議「The IEEE Conference on Biomedical and Health Informatics (BHI) 2018」において発表を行い、広く研究成果を発信した。
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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
初年度であるH29年度の計画は、スマートスイムウエアを実現するための基礎データを取得し、適した電極形状を探索することであった。具体的には「電極形状を変えた実験用スマートスイムウエアの開発」と「電極形状－心電波形検証実験」を実施項目として挙げていた。
「電極形状を変えた実験用スマートスイムウエアの開発」では、これまで陸上における心電図計測用スマートウエアの形状をベースとして、様々な電極形状のスマートスイムウエアを作製した。
「電極形状－心電波形検証実験」では、電極形状と心電図振幅の関係を調べるための実験を行い、電極形状が心電図振幅に影響を与えていることが明らかになり、スマートスイムウエア実現のための基礎データを得ることができた。また、開発スマートウエアは水泳や水中運動中に対しても十分実用的な耐久性を有することが実験を通じて明らかにすることができた。
以上のように初年度の目標としていた通り、今後のスマートスイムウエアの実現のために必要な知見が得られた点について、本研究は、おおむね順調に進展していると評価することができる。しかしながら、得られた知見については、電極形状単体だけではなく次年度に開発する予定のトランスミッタに内蔵する予定の心電図用アンプ回路と電極形状の関係も心電図計測性能に影響することが示唆されてた。この点については来年度のトランスミッタ開発時にも考慮し、新たな心電図計測アンプ回路も開発する必要がある。
次年度は、以上の研究成果を踏まえ、スマートスイムウエア用のトランスミッタの開発を行う予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度の成果として、スマートスイムウエア電極形状を決定するための基礎データを得ることができた。今後は、計測した心電図を外部に無線送信するためのトランスミッタの開発を行い、最終的にはトレーニングシステムの開発につなげる予定である。一方、初年度の成果からは心電図計測回路が内蔵されたトランスミッタの仕様も心電図計測精度に関係することが示唆されており、この点については、次年度（H30年度）から新規開発を行うトランスミッタの設計・開発のための新たな要求仕様を盛り込む必要がある。つまり、電極形状による生体－心電図計測用アンプ間のインピーダンス変化を考慮して心電図計測用アンプの入力インピーダンスを向上させる必要がある。ただし、これまでの研究成果により、設計に必要なデータは得られているため、大きな問題は生じないと考えている。また、トランスミッタ部が開発でき次第、H30年度からH31年度にかけて、「水泳・水中運動リアルタイム指導システムの開発」に着手する。リアルタイムに指導する方法として、音声によるものを想定しているが、ユーザーに対する確実な音声の伝え方（スピーカー、イヤホンなど）の選択に関しては、システム構成にも関係するため、早期に実施する予定である。これらを踏まえ、指導システムを開発し、最終的にその有用性を証明する。
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| Causes of Carryover |
研究室で所有する実験機器、および物品が活用できたため、当該助成金が生じた。当該助成金に関しては、次年度に新たに開発の必要が生じた心電図計測アンプ回路の開発に充てる予定である。
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