2019 Fiscal Year Research-status Report
The development of the anesthesia monitoring score of Poincare analysis using deep learning.
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19K09385
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| Research Institution | Meiji University of Integrative Medicine |
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Principal Investigator |
林 和子 明治国際医療大学, 医学教育研究センター, 客員講師 (40285276)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | poincare plot / 脳波 / 複雑系 / デイープラーニング / 機械学習 / 麻酔深度 / 筋電図 / ポワンカレプロット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ポアンカレプロット解析は、実信号と遅延信号との二次元描出の履歴効果から秩序性を検討する複雑系システムの挙動把握法である.我々は、ポアンカレプロット非線形解析法を脳波に応用して、複雑系システムである脳神経活動の履歴効果からその秩序性を定量解析することで、統一的な麻酔深度測定法を確立する研究を重ねて成果を得てきた.しかし、浅麻酔領域では主に筋電図による干渉が大きくなる問題があった．そこで、ポアンカレプロット解析を、周波数帯域により階層化することで、浅麻酔領域で必然的に影響が大きくなる筋電図成分をも勘案する検討をおこなった．
本研究ではこれら階層化ポワンカレプロット解析にディープラーニングを導入して、階層毎のポワンカレプロット解析の結果を機械学習させることで、入力脳波情報から出力麻酔深度推定スコアに至るポワンカレプロットの重みを決定し、高精度なポワンカレ麻酔深度推定アルゴリズムを作成する．本年度は、前頭誘導脳波で筋電図を多く含むことが知られる２０－３０Ｈｚ成分の脳波を、個別に階層化してポワンカレプロット解析を施行し、その情報を従来の脳波全周波数対象のポアンカレプロットと合わせて分析する研究を施行した．脳波解析モデルアルゴリズムにおいて、これら両者の重み付けパターンを機械学習させることで、浅麻酔領域にも適用できる精度の高い麻酔深度法の開発を目指した．
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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
本年度は、従来の脳波の全周波数を対象としたポアンカレプロット解析に、筋電図成分の混入が著しいとされる脳波の２０－３０Ｈｚを対象としたポアンカレプロット解析を導入し、脳波ポアンカレプロット解析を2階層に階層化して、これらから、BIS値を推定する試みを施行した。2階層ポアンカレプロット解析値から、BIS値を推定する際の重み付けは、ニューラルネットワークモデルにより検討した。その結果、20-30Hz対象ポアンカレプロット解析を取り入れた2階層ポアンカレプロット解析により、より良好なBIS値の算定が可能となる結果が得られ、階層化ポワンカレプロットにより良好な麻酔深度の推定が可能になることがわかった。結果は、学会発表、及び、論文に掲載した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度以降は、前年度の研究成果から有望と思われた脳波ポワンカレプロット解析の階層化手段を用いて、大量の脳波データを収集して、解析できるシステムの構築をめざす。
Python、TensorFlow libraryを用いた多量データのDeep Learningには、多大な演算を要するので、解析速度をあげるため、高精度ＰＣや GPU( GeForceGTX 1080Ti 11GB 等）を導入して、解析に用いる予定である。
構築されたモデル(重み付け)を検証してポアンカレプロット統合麻酔深度推定スコアアルゴリズムを作成する．このアルゴリズムを用いてモデル作成のための学習やテストに用いなかった新しい症例で、実測深度指標(BIS等)との比較を行い検証する．
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| Causes of Carryover |
当該年度は、先に研究の方向性を探るため、既存のコンピュータで解析できる容量での、データ収集と機械学習、デイープラーニングを実施し、解析を施行した。そのため、次年度使用額が生じた。次年度は、大量のデータを用いた解析を施行する予定であり、高精度コンピュータや、GPU等を順次購入して、研究を実施したい。
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