2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of basic technologies for wearable biomagnetic measurement
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18K12044
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| Research Institution | Kanazawa Institute of Technology |
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Principal Investigator |
足立 善昭 金沢工業大学, 先端電子技術応用研究所, 教授 (80308585)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川端 茂徳 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, ジョイントリサーチ講座教授 (50396975)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 磁気センサ / 生体磁気 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、高感度な磁気センサを体表面に装着し、ウエアラブルな生体磁気計測を実現する際に障壁となると予想される２つの問題の解決、すなわち、１．磁気センサ自体が地磁気中で揺れることにより、揺れに伴って混入する揺動ノイズの軽減と、２．磁場源解析のための磁気センサと体表面の相対位置の動的検知を目的とし、そのための要素技術の開発を行う。
磁気センサの感度領域が十分小さい場合、感度領域内の磁場分布を一様と見なして、感度領域を一点で近似できる。しかし、磁気センサをウエアラブルとし、測定対象物に近接させた場合は、センサの感度領域内で磁場分布が一定と見なせなくなり、センサ感度の角度依存性がcosθに従わなくなる可能性がある。令和3年度は、前年度に引き続き、センサ感度の角度依存性を精度よく近似する複数感度点モデルを検討した。前年度提案したモデルは感度点の分布が軸／点対称の場合に限定されていたが、感度点の分布が非対称な磁性体ワイヤコア直交型フラックスゲート以外の室温センサにも適用可能にするため、感度点推定のための治具とアルゴリズムを改良した。
ウエアラブルな生体磁気計測で、センサアレイと観測部位の相対位置を明らかにするために、個々のセンサの位置、向きを検出するのは計算負荷が高く、リアルタイム処理には向かない。そこで、センサ群を小規模なグループに分けてサブアレイとし、リジッドなセンサホルダに実装する。そしてサブアレイどうしの位置、向きを検出すれば、個々のセンサ位置、向きが決定される仕組みとした。令和3年度は短冊状のセンサホルダを試作し、被験者に装着した状態で生体磁場信号（心磁信号）を検出し、さらにセンサホルダの位置、向きを、既設の132ch脊磁計のセンサアレイを用いて特定する予備実験を行った。この予備実験により、センサの相対位置決めと被験者からの生体磁場信号の測定が可能であることを示せた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
令和3年度は昨年度から続く新型コロナウィルス感染拡大防止措置等の影響を受けて、システム試作、実験が思うように進められなかったので、感度分布モデルの高度化や生体磁場測定の予備実験を中心に進めることになった。
複数感度点モデルを感度領域が対称形でない磁気センサにも適用できるように、感度点分布を推定するための測定治具と、感度点推定アルゴリズムの改良を行なった。感度点全てを無拘束とした場合、5点以上の感度点を仮定すると安定した解が得られない。適切な拘束条件について引き続き検討の余地がある。また、複数感度点モデルに対応した磁場源解析やセンサの位置推定ソフトウェアを整備した。
初年度に開発した多チャンネル24bitデータ収録系と室温磁気センサで予備実験を行い、磁気シールドルームの中で、加算平均処理を適用することによって、生体磁場信号が検出できることを確認した。直交型フラックスゲートの試作が遅れているため、ウエアラブル計測の要素技術開発を優先し、既製の室温磁気センサ(MRセンサ)を用いて研究を進めた。
試作したセンサホルダと東京医科歯科大学に既設の132ch脊磁計を適用した予備実験では、被験者は仰臥位で背側を脊磁計の観測部位に密着させ、胸部の任意の位置に室温磁気センサアレイを配置して安静を保つ。この状態でSQUIDで検出される心磁信号と、それに同期した心磁信号を室温磁気センサで同時検出できることを確認した。また、マーカーコイルからの磁場信号をSQUIDアレイで検出することにより、センサホルダとSQUIDアレイの相対位置を取得できた。これにより、あるセンサホルダに装着したマーカーコイルを別のセンサホルダからの磁場情報で位置推定することにより、各センサホルダの互いの相対位置を明らかにできることを実証した。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度までに、本研究の目的であるセンサの準動的位置検出と、測定中の揺動ノイズ低減について、室温磁気センサの特性を考慮した位置検出精度向上と、実際のウエアラブル生体磁気測定システムを検討してきた。センサ位置検出向上の鍵となる感度分布モデルの確立については前年度、非対称な感度領域を持つ磁気センサへ適用範囲を拡張することができたので、令和4年度は複数感度点モデルの感度点位置の推定精度を高め、センサの相対位置導出のためのマーカーコイル位置推定の磁場源解析の精度向上を図る。
測定システムについては、4つの室温磁気センサを既知の等間隔の位置で固定する短冊状のセンサホルダを試作し、センサホルダには、マーカーコイルと呼ばれる相対位置決めのための基準磁場を発する小コイルを固定することで、既設の132ch脊磁計(SQUIDアレイ)を用いて、試作したセンサホルダを装着した被験者の生体磁場信号（心臓磁場）をSQUID／室温磁気センサで同時に測定できることが確認できている。このセンサホルダ方式によるセンサ間相対位置検出についてはおおむね目処が立った。令和4年度はこれをさらに多チャンネル化して、測定システム試作を完成させる。
また、令和4年度は新型コロナウィルス感染拡大防止措置が緩和され、人を被験者とした実験が意図通りに実施できることを前提として、センサアレイが生体磁気信号測定中に動いた場合の連続位置検出、さらに、磁気センサアレイが地磁気中で動いたときの揺動ノイズの低減アルゴリズムを、初年度に開発した24bitデータ収録系に実装し、地磁気下での動作試験を実施する。その際、測定対象としては測定が比較的簡便な心臓磁場か末梢の骨格筋の誘発する磁場を想定する。また、研究テーマの最終年度として、本研究で開発した技術の総括を行う。
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| Causes of Carryover |
昨年度から続く新型コロナウィルスの世界的な流行の影響で、参加予定だった国際学会が延期となった。また、新型コロナウィルス感染拡大防止措置等の影響を受けて、研究活動そのものも大きく制限を受けたため、研究期間を再度1年延長するに至った。令和4年度は新型コロナウィルス感染拡大防止措置が緩和されると仮定して、遅滞している実験を実施し、国内外での学会発表を行う予定である。
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Research Products
(4 results)
