簡易型呼吸数測定装置の開発と教育・健康分野への応用

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K03164
• Research Institution: Aichi Mizuho Junior College
• Principal Investigator: 鷲野 嘉映 愛知みずほ短期大学, その他部局等, 教授(移行) (90220855)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊藤 敏 岐阜聖徳学園大学, 経済情報学部, 名誉教授 (80130946)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 呼吸 / 自律神経 / 腹式呼吸 / 胸式呼吸

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、良い呼吸で健康の保持増進や学習効果向上を図るため、新規で小型の非侵襲的な呼吸数検出装置を開発し、自らの呼吸方法を知り、呼吸を意識的にコントロールする方法を習得することを目的とした。呼吸数計測には小型慣性センサーを用い、呼吸に伴う胸郭や腹部の膨張収縮を角速度および加速度の変化として検出・記録し、機械学習も用いて解析することにより呼吸数を計測することを計画した。また、腹式呼吸と胸式呼吸の検出についても計画をした。昨年度までにおいて、呼吸に伴う胸郭部の膨張収縮を曲げに変換して呼吸数を計測する新たな測定方法を提案し、その有用性について検討した。さらに、胸郭周りの伸びを電気的に検出する方法、および呼吸に伴う体表面の深度変化を深度カメラを用いて測定する方法と比較することを試みた。加えて、本研究と並行して遂行中の拭き取り動作を検出する実験により機械学習に関する手法の習熟を図った。
今年度は、本来の目的であった慣性センサーを用いた測定方法について、呼吸測定のゴールドスタンダートとなる測定方法との比較実験を実施した。比較対象とした呼吸測定方法は、伸縮性のあるバンドを胸部・腹部に埋め込んだウェアラブルシャツである。当該ウェアラブルシャツは心拍変動を同時測定可能である。このウェアラブルシャツと、研究者らが開発中の慣性センサーの同時測定（腹部・胸部）により開発機器の有用性の検討を行った。
開発中の測定機器はウェアラブルシャツの呼吸測定と同様な呼吸数検出が可能であった。さらに、腹式呼吸と胸式呼吸を検出するための方法について更なる検討を行っている。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

ゴールドスタンダードとなるべく呼吸検出装置の選定に時間を要し、その装置と開発中の装置の同時測定（同期）の方法について検討を要した。また、開発中の装置を用いた呼吸測定は、被験者の体形、呼吸方法等により、大きな影響を受けることが判明したため、測定のプロトコールの練り直しが必要となった。さらに、準安静状態における呼吸状態に影響を与える心身への負荷方法の更なる検討も必要となった。
また、研究分担者および研究協力者の退職に伴い、幅広い年齢層での被験者の確保が困難となり、実験を計画通り遂行することが困難であった。
このような複合的な要因により、予定していた研究のエフォートでの研究を進めることが出来なかった。

Strategy for Future Research Activity

準安静状態における慣性センサーを用いた呼吸検出に注力する。
ところで、本研究に関連する呼吸・血圧・自律神経等の測定を目指したウェアラブル機器の発展は目を見張るものがある。また、機械学習、AIの進歩も著しい。
よって、本来の目的であった慣性センサーを用いた呼吸検出のみを単純に目指すのではなく、将来に向けて、呼吸計測を踏まえた上で、その他の生理指標（脳波等）を併用して、非侵襲的かつ簡易的に心身の客観的な状態の把握を目指して、新たな観点からの検討が必要となると考えられる。
それらを踏まえて今後の研究を推進していく。

Causes of Carryover

発表を予定していた国際会議が中止となり、予定していた旅費を使用しなかった。および国内での学会発表も、行うことが出来なかったため、予定していた旅費の使用金額が減少した。
今後、進行中の研究成果につき学会などで報告をして、研究者のご検討をいただく機会を作るために、本補助金を使用する。