2021 Fiscal Year Research-status Report
A Study of Neonatal Respiration and Heartbeat Measuring Method Using Doppler Sensor
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21K12717
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| Research Institution | Chukyo University |
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Principal Investigator |
上林 真司 中京大学, 工学部, 教授 (60555415)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 義朗 名古屋大学, 医学部附属病院, 講師 (30435862)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 呼吸測定 / 心拍測定 / ドップラーセンサ / 新生児 / テンプレートマッチング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
名古屋大学医学部附属病院において，コット内の新生児3人に，ドップラーセンサにより，呼吸，心拍を測定すr基礎実験を行った。センサは，胸の上約40cmの位置と，コット下部約30cmの位置でそれぞれ測定した。測定信号（I，Q信号）のDCオフセット補正は，従来最小二乗法による円近似を使っていたが，測定信号の雑音が大きいとき，正しく円の中心を推定出来ない問題があったため，幾何学的推定法を用い，雑音が大きいときも正しく復調ができるようになり，新生児が安静な状態であれば，胸部照射において誤差率3.12%，背部照射において誤差率1.19%で心拍を測定できることを確認し，電子情報通信学会ソサイエティ大会で発表した。
照射位置により精度が変動すること，体動のある時は精度が著しく劣化することを確認したため，同時測定可能な3センサ測定系を開発した。3センサ測定系の基礎実験として，中京大学において，成人4人に対して，背部，側部，頭部のコットを模したアクリル板側面にセンサを配置し，呼吸・心拍測定を行ったところ，安静状態では，頭部では，平均誤差率1%以下（RMSE 5%以下）で心拍を測定できた。頭部では呼吸は観測されなかった。背部，側部では，どちらかの部位で，呼吸・心拍をRMSE 10%以下で測定できることを確認した。従って，3センサの出力をダイバーシチ合成することにより，安静時であれば，常時，RMSE 10%以下の測定が可能であると期待できる。
今後は，照射距離，照射位置のずれの影響の評価，サンプル数の増加と併せて，新生児の実験を行う予定である。外乱の影響，体動の影響も，影響を受けないセンサがある場合には，ダイバーシチ合成により，影響の除去が可能と期待できる。最終的には，外乱検出センサの使用，機械学習による信号解析など，更にロバストな測定法を研究開発する予定である。
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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
初年度は，基本測定法を改善し，体位の影響除去方法の検討に注力する予定であった。
基本測定法として，測定信号（I信号，Q信号）のDCオフセット除去のために，従来は最小二乗法による円近似を用いていたが，雑音の影響が大きいとき，正しく円の中心が求められない問題があったため，幾何学的推定法を開発し，雑音が大きい場合も正しく復調できるようになり，安定した呼吸・心拍測定が可能となった。
また，体位の影響除去のため，同時測定可能な3センサ測定系を開発し，予備実験として，成人を対象として，頭部，背部，側部の同時測定を行ったところ，頭部照射では，照射位置がある程度ずれても（±15cm），心拍についてはRMSE10%以下の測定が可能になることを確認した。また，背部，側部では，どちらかの部位で呼吸・心拍をRMSE 10%以下で測定できることを確認した。このことから，ダイバーシチ合成すれば，体位に関わらず，RMSE 10%以下の測定が可能になることが期待されるが，3センサ測定系の開発に時間を要したため，まだ，成人におけるダイバーシチ合成の効果の評価，新生児における実験を実施しておらず，現時点では，可能性を見出したところである。しかし，本手法は，外乱の影響，体動の影響除去にも効果が期待できるため，その点では，先行した検討が進んでいると言える。
昨度は，測定系の開発と基礎実験が中心であり，対外発表が不充分であった（電子情報通信学会ソサイエティ大会1件）が，3センサによる実験が可能になり，解析手法も確立してきているため，今年度は対外発表も増やしていける予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
基本測定法の改善を継続すると共に，3センサ測定値のダイバーシチ合成法の開発を急ぐ。その成果を成人で検証すると共に，新生児に適用し，測定精度，測定条件を明確にする。また，測定の簡易化を図り，病院スタッフのみで測定可能とし，適切な条件における長時間測定など，様々な条件における測定により，測定サンプルを増やし，測定精度を評価し，問題点を抽出する。
外乱の影響除去方法としての3センサダイバーシチ測定法の効果を検証すると共に，外乱測定センサを用いる方法についても検討する。新生児は指示に従うことなく，自由に体位を変え，運動するため，検討は，まず成人で行い，効果が確認できれば新生児に適用する。
体動の影響除去方法として機械学習の適用の検討を開始する。新生児の体動は主として，手，脚の運動が中心のため，3センサダイバーシチ測定により，動いていない部位の測定値を有効に使うことにより，ある程度の測定精度の向上が期待できると考えるが，機械学習を含め，様々な方法を検討し，まず成人で検証した後，新生児に適用し，測定精度を評価し，問題点を抽出する。
全体の測定法が明確になれば，新生児の測定サンプルを増やし，測定精度の評価，問題点の抽出を行い，精度向上技術，問題点解決技術を検討し，更に改善を図る。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍のため，対外発表がオンラインとなり，また，メーカーとの仕様に関する打合せ等もオンラインにしたため，旅費を物品費に回したが，若干（総額の6.4%）が残った。来年度の物品費あるいは旅費として有効活用したい。
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Research Products
(1 results)
