上気道閉塞徴候と麻酔科医の診断・処置データを深層学習させた麻酔管理ロボットの開発

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K10335
• Research Institution: Nagasaki University
• Principal Investigator: 鮎瀬 卓郎 長崎大学, 医歯薬学総合研究科(歯学系), 教授 (20222705)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 喜安 千弥 長崎大学, 工学研究科, 教授 (20234388) ; 倉田 眞治 長崎大学, 病院(歯学系), 助教 (20325666) ; 讃岐 拓郎 神奈川歯科大学, 大学院歯学研究科, 教授 (40533881) ; 小林 透 長崎大学, 工学研究科, 教授 (90637399)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 鎮静 / 上気道閉塞 / 呼吸波形

Outline of Annual Research Achievements

鎮静法や非挿管下での静脈麻酔は自発呼吸下での管理のため、常に上気道閉塞の危険性がある。鎮静中は経皮的酸素飽和度の連続測定などの測定を行い呼吸管理を行っているが、早期の上気道閉塞の徴候を検知出来ていないのが現状である。従って、上気道閉塞の徴候を早期に検出して麻酔科医による診断と処置を普遍化する必要がある。本研究の主目的は、鎮静中の呼吸機能を調節する様々な生理機能の中から定量化可能な項目をデジタルデータ化して大規模に収集し、AI（人工知能）にて麻酔科医の重症度の判断と気道確保の処置を教師データとして深層学習（ディープラーニング）させることで新しいAI呼吸モニターを具備した麻酔管理ロボットを開発することである。研究期間中に本研究は、鎮静中の状気道閉塞を様々な生体情報モニターの測定値を用いて、AIにより解析して、鎮静中の気道管理を自動化して制御させることを目的としている。
当該年までに、おおよそ必要機器のセットアップが4月中に完了し、鎮静中に測定可能な生体モニタリングのデータを全て記録できるように測定環境を整備した。また、鎮静中に人為的に、部分的上気道閉塞を起こす事が可能な、全く新しいシステムを開発した。16チャンネルのPowerLabに、鼻マスクでの気流波形、カプノメータ、吸気圧、前頭部の2チャネル脳波、SpO2モニター、胸郭および腹部のインピダンスプレスチモグラフ、4箇所の位置・加速度センサー（前頭部、頤部、前胸部、腹部）を入力出来るように設定した。また、人為的に頸部前屈が出来るように、エアジャッキを応用した、３０度傾斜できる枕を作成したことにより、プロポフォール鎮静中の軽度状気道閉塞を人為的に起こすことが可能になった。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

必要機器のセットアップが4月中に完了した。バイオリサーチセンター製の16チャンネルのPowerLab（美品経費で購入済）に、鼻マスクでの気流波形、カプノメータ（日本光電社製）、吸気圧、前頭部の2チャネル脳波（バイオリサーチ社製）、SpO2モニター（日本光電社製）、胸郭および腹部のインピダンスプレスチモグラフ（QDCRro）、4箇所の位置・加速度センサー（前頭部、頤部、前胸部、腹部）を入力出来るように設定した。
また、人為的に頸部前屈が出来るように、エアジャッキを応用した、３０度傾斜できる枕を作成したことにより、プロポフォール鎮静中の軽度状気道閉塞を人為的に起こすことが可能になった。また、AIによる深層学習のアルゴリズムについては、収集した波形データをテキストデータ化して、特徴的な上気道閉塞に対応する各生体情報を関連付けるように設定した。
コロナの影響で、被検者のリクルートが困難なため、測定自体は大幅に遅れているが、コロナの正常化に伴って、測定を開始できると考えている。

Strategy for Future Research Activity

コロナの影響で、被検者のリクルートが大幅に遅れているため、測定自体も研究計画記載してあるスケジュールからは大幅に遅れているが、コロナの正常化に伴って、測定を開始できると考えている。研究期間内に、データの収集を終えて、AIによる解析に移行する予定である。

Causes of Carryover

コロナの影響で、被検者のリクルートが中断しているため、測定が出来ていない。
６月から正常化してくることが予想され、測定が可能になり、経費として使う予定である。