2023 Fiscal Year Final Research Report

Development of prehospital diagnostic method for cerebral artery occlusion by simple non-invasive measurement of carotid artery pulse wave

Research Project

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Project/Area Number	21H01344
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 21030:Measurement engineering-related
Research Institution	Doshisha University
Principal Investigator	Matsukawa Mami 同志社大学, 理工学部, 教授 (60288602)
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) 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) 斎藤こずえ奈良県立医科大学, 医学部, 病院教授 (80398429)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	脈波計測 / 脳梗塞 / 反射波 / 超音波センサ
Outline of Final Research Achievements	A screening system of an occlusion in the main cerebral artery was developed for emergency medicine. Transparent artificial vessels were developed, with which intravascular pressure waves and flow were experimentally investigated to decide the characteristic features of the pulse waves. A portable pulse wave measurement system with a commercial ultrasonic ranging sensor was applied to the carotid arteries of 52 subjects (healthy and patients). Three features of pulse waves were extracted and used for estimation of occlusion by Logistic Regression, which resulted in the accuracy more than the chance level (0.5). Application of LSTM and autoencoder (AE) succeeded in obtaining good values of accuracy (0.57), precision (0.56), and recall (0.81), in spite of the small number of subjects. Next step is to improve the system for in vivo real-time screening, with more subjects and an optimal machine learning method.
Free Research Field	計測工学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	脳梗塞の多くは突然発症する。再発リスクが高いうえ、長期間にわたり機能低下を伴うことも多い。脳梗塞が発症直後に予備診断され適切な治療が実現すれば、予後は格段に向上する。つまりプレホスピタルケア（病院前救護）が極めて重要である。しかし、現在のCTなどの脳梗塞の診断装置は可搬性も低い。超音波診断は装置の小型化も進み、救急車での応用も期待されるが、頚動脈の局所測定であり、頭蓋内動脈の直接診断は難しい。本研究では、救急車内で救命士が脳動脈閉塞の可能性をスクリーニングできるシステムを構築する。スクリーニングで患者を適切な医療機関へ速やかに搬送できれば、予後の向上も医療費削減も期待できる。