2020 Fiscal Year Research-status Report
制御工学的手法を用いた心拍変動周波数解析の高速化と疲労度提示システムへの適用
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18K04219
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| Research Institution | Kisarazu National College of Technology |
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Principal Investigator |
沢口 義人 木更津工業高等専門学校, 電子制御工学科, 准教授 (50455119)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 生体計測 / 心拍変動 / 不等間隔サンプリング / 状態空間フィルタ / 帯域パワー推定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，心拍変動周波数解析を高速化し疲労度提示システムへの応用を図ることである．本年度は心拍変動時系列に対する周波数解析法について，サンプル点間の補間方法を検討した．また疲労度提示システムの実証試験に向けて，ウェアラブル呼気ガス分析装置を導入して予備的な測定を実施するとともに，システムの要素となる装置の開発や性能検証をおこなった．以下これらについて説明する．
本研究で提案する心拍変動周波数解析では，不等間隔で得られる心拍間隔値についてサンプル点間の推移を適当な関数で補間した後に，帯域通過フィルタの状態を推移させ帯域パワーを推定する．この補間に際し，これまでは0次ホルダや1次ホルダを用いていた．これに対し新たな測定値が得られるたびに，直近4点の測定点を用いて3次スプライン補間し，中央部の2つの測定点間について帯域通過フィルタの状態を推移させ，帯域パワーを推定していくこととした．数式モデルによる検討では，高周波成分の推定精度の改善が見られた．
ウェアラブル呼気ガス分析装置の活用は，COVID-19への対処のために，研究代表者本人を対象とした予備測定に留めた．400mトラック走やエルゴメータ運動に適用し，屋外では風の影響を強く受けるため，屋内使用が望ましいことを確認した．そして疲労度提示システムの要素として，腕時計型の情報伝送装置と可搬型の情報提示サーバを開発した．前者はM5Stack社のM5StackGrayを用いて，近傍の心拍センサからBLE通信で得た測定値をWiFiにより長距離伝送する．後者はRaspberryPi財団のRaspberryPi3 ModelBを用いて，WiFi伝送された測定値を受信して蓄積し，複数人の測定結果を纏めてWiFi接続された表示装置に出力する．両者間の通信性能を検証したところ，400mトラック内であれば概ね問題なく通信できることが確認された．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
当初予定では本年度を最終年度とし，疲労提示システムの実証試験を終えることとしていた．しかしCOVID-19への対処のために，各種業務が多忙化するとともに，ヒトを対象とした測定実験を見合わせる必要に迫られるなど，本年度は研究遂行が困難な状況にあり，補助事業期間の延長を申請し承認を受けた．このため，上述のように疲労提示システムの要素技術の改善や開発に取り組んだものの，当初計画に対して遅れていると評価した．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度もCOVID-19の影響が継続することが懸念されるが，本研究の目的である疲労度提示システムの実現に向けて，ウェアラブル呼気ガス分析装置を援用して疲労度推定法を検証する．またこれまでに開発・改善してきた要素技術を組み合わせて，着用者へ疲労度指標を提示するとともに，複数人の疲労度指標を収集・蓄積して一括表示する疲労度提示システムを完成させ，実証試験を実施する．併せて，2020年度までは差し控えていた国際学会での発表や学術論文の投稿を実施する．
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| Causes of Carryover |
国際学会への参加を目的とした旅費や，英文校正や実験協力への謝金を目的とした人件費，および論文投稿料を想定したその他費目を計上していたが，COVID-19の影響により国際学会への申し込みや実験実施を見合わせたり，英文論文執筆が滞るなどしている．このため次年度使用額が生じた．次年度には本研究の主要成果を発表する英文論文を完成させ，英文校正の謝金やオープンアクセス誌への論文投稿料として，次年度使用額を活用する計画である．
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