2020 Fiscal Year Research-status Report
心肺停止患者の心電図波形解析に基づく電気的除細動の効果予測システムの検証
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20K04555
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| Research Institution | Tokyo City University |
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Principal Investigator |
大屋 英稔 東京都市大学, 情報工学部, 教授 (30361835)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中野 和司 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 名誉教授 (90136531)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 除細動適用成否予測システム / 自己心拍再開 / 心室細動再発 / 特徴量抽出 / 電気的除細動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題の目的は，これまでに申請者らが進めてきた心電図波形の高精度識別システム構築・検証（基盤研究（Ｃ），22560402，25420443）で得られた成果や知見をもとに，心肺停止患者の状態に応じて遷移する心電図波形と電気的除細動適用後の自己心拍再開や心室細動再発などの関連性を解析・検討し，その評価方法を確立・検証，すなわち心肺停止患者の心電図波形解析に基づく除細動適用成否予測システム（基盤研究（Ｃ），17K06505）における成果の実用化に向けた検証を行うことである．本研究課題で提案するシステムが実用化出来れば，心肺停止患者の蘇生率向上に貢献することが可能である．
令和２年度は，本研究課題の目的を達成するために，主として自己心拍再開例，非再開例（心静止等），及び心室細動再発例の関連性の検討，ならびに基盤研究（Ｃ）（17K06505）で得られた成果の検証作業を実施した．具体的には，これまでに集積されている心電図波形データを含め，種々の心電図波形データをウェーブレット解析し，自己心拍再開例や非再開例（心静止等）などの心電図波形データの特徴を再度精査した．さらに，自己心拍再開時の心電図波形において，各症例における心電図波形を特徴づけるパラメータのうち，どのパラメータが予測性能に寄与するのかについて検討を進めてきた．また，除細動適用成否予測システムの検証に関連して，これまでに開発を進めてきた心電図波形の高精度識別システムについても再検証を行い，識別精度の改善を行い，成果を国際的なジャーナル論文にて発表した．さらに，本研究課題の副産物的な成果として，正常洞調律を構成するQRS波形のR-R間隔の推定が，従来の手法に比べてはるかに容易に行える可能性があることが明らかになってきており，継続してR-R間隔推定に関する新しい手法についても検討した．
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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
令和２年度の主な目的は，これまでに開発を進めてきた除細動適用成否予測システム（基盤研究（Ｃ），17K06505）の検証を行うために，自己心拍再開例，非再開例（心静止等），及び心室細動再発例における心電図波形の解析を行った．具体的には，AHAデータベース，MIT-BIHデータベースをはじめとする各種データベースに記録されている心電図波形データや心電図波形データ収集システムによってこれまでに記録・集積された心電図波形データを解析し，自己心拍再開例や非再開例（心静止等）などの心電図波形データを特徴づけるパラメータのうち，どのパラメータが予測性能に寄与するのかについて検討した．また，各症例に対する心電図波形データを特徴づける新たなパラメータについても検討した．予測性能に寄与するパラメータ，すなわち心電図波形の状態がどのように遷移している場合に除細動が効果的なのか，あるいは心室細動が再発してしまうのかということに関連するパラメータについては，令和３年度も継続して行う予定である．また，本研究課題に関連して，基盤研究（Ｃ）（22560402，25420443）において開発した心電図波形の高精度識別システムに関して，従来に比べて高精度，かつ高速に識別が可能となり，成果を発表した．上記に加えて，本研究課題の副産物的な成果である正常洞調律を構成するQRS波形のR-R間隔を推定する新しい手法についても検討した．
以上のような理由からおおむね順調に進展している状況にある．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和３年度は，本研究課題における研究計画２年目にあたり，前年度に引き続き心電図波形データ収集システムによって記録・集積された心電図波形データ，ならびにAHAデータベース，MIT-BIHデータベースをはじめとする各種データベースに記録されている心電図波形データを解析し，自己心拍再開例や非再開例（心静止等）などの心電図波形データの特徴を検討し，これまでに開発を進めてきた除細動適用成否予測システムの検証作業を進めることが目的である．具体的には，まず心電図波形データ収集システムによって記録・集積された心電図波形データや各種データベースに記録された心電図波形データの解析し，自己心拍再開，心室細動再発などの症例毎にラベル付けして分類するとともに，各症例における心電図波形を特徴量づけるパラメータのうち，どのパラメータが予測結果に大きく寄与するのかを検討する．また，本研究課題に関連して，心電図波形の高精度識別システム（基盤研究（Ｃ）（22560402，25420443））についても更なる性能改善が可能であることが明らかになってきており，除細動適用成否予測システムとあわせて検討する．更に，本研究課題の副産物的な成果として得られているQRS波形群（正常洞調律）におけるR-R間隔の新しい推定アルゴリズムについても検証を進める．
以上のような課題について，研究代表者，研究分担者，ならびに研究協力者が情報共有しながら検討を進める予定であり，得られた成果をまとめ，学術論文，国際会議論文として成果を発表する予定である．
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| Causes of Carryover |
令和２年度は，新型コロナウィルスの感染拡大の影響により，国際会議のみならず，国内学会・研究会が中止，あるいはオンライン開催となったため，当初配分されていた予算が未使用となっている．しかしながら，本研究課題において，心電図波形解析を効率的に行うために自動解析システムを開発することを該当企業と検討しているところである．その他，研究分担者である中野和司教授（電気通信大学）についても残額があり，次年度への繰越しを手続している．
以上のような理由から，次年度使用額が生じている状況にある，ただし，これらは全て必要な経費であり，令和３年度において使用を予定している重要な予算である．
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