2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of prehospital diagnostic method for cerebral artery occlusion by simple non-invasive measurement of carotid artery pulse wave
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21H01344
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
松川 真美 同志社大学, 理工学部, 教授 (60288602)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山上 宏 独立行政法人国立病院機構大阪医療センター(臨床研究センター), その他部局等, 機関長・部門長クラス (00455552)
大崎 美穂 同志社大学, 理工学部, 教授 (30313927)
小山 大介 同志社大学, 理工学部, 教授 (50401518)
斎藤 こずえ 奈良県立医科大学, 医学部, 病院教授 (80398429)
吉村 壮平 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 病院, 医長 (70739466)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 頚動脈波 / 圧電センサ / 脳動脈 / 閉塞 / スクリーニング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、救急車などで利用できる頚動脈波計測システムの確立である。安価な超音波距離センサを低周波用の変位センサに応用し、簡易なシステムで計測した頚動脈波の波形の特徴を解析することにより、脳動脈に生じた閉塞のスクリーニングを目指す。脳動脈中の閉塞では心臓からの血流により生じる圧力波の一部が反射する。この反射は頚動脈まで逆伝搬し、頚動脈波にも反映される。
本年度は計測システムの改良を進めた。センサに接続する14cm×7cm×3cmの程度の計測器（信号増幅とAD変換機能を含む）を開発し、システムのポータブル化を実現した。この計測器内でAD変換されたデータは有線でパソコンに転送される。またこの新しいシステムで計測した脈波波形が、これまでの計測システムと同じであることを、自作の人工血管とパルスポンプを用いた物理モデルを利用して確認した。このポータブルシステムを用いて、患者4名の臨床計測を試みた。
システム開発と並行して、閉塞患者と健常者から計測した頚動脈波に機械学習を適用して脳動脈閉塞の有無を推定する手法に取り組んだ．「閉塞からの反射が脈波の動特性を変化させる」「閉塞は脳の片側に起きやすい」という物理学的・医学的知見に基づき，脈波の動的な左右差を表す特徴量を考案した．重要な特徴量を自動選択して性能を高めるために，閉塞推定手法の分類器にはL1正則化多層パーセプトロンを採用した．提案する閉塞推定手法の評価実験の結果，正解率59～65[%]，F値45～58[%]の性能が得られた．
また救急医療で問題となる脳疾患には、脳動脈瘤も考えられる。次の研究ステップとして脳動脈瘤による頚動脈波の変化を確認するため、透明な樹脂を用いて脳動脈瘤をもつ血管モデルの試作を行った。
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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
コロナの影響によりPIV装置の購入が遅れ立ち上げが遅れたが、臨床計測と波形解析はおおむね計画通りに進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
健常者や患者の計測を引き続き推進する。
臨床計測時は1分程度連続的に波形を計測する。救急患者の場合、計測が不安定になる可能性もある。そこで、臨床で得られた結果から正確な波形を選択するプロトコルの構築を開始し、救急医療の担当者が計測しやすい小型システムの開発を継続する。
引き続き、脈波の特徴量の検討と機械学習の適用を進めるとともに、次のステップにむけて、人工血管と人工模擬動脈瘤の開発にも着手する。
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