2022 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of Next-Generation Healthcare Based on Cross-Layer Optimization of Biosignal measurement and ICT
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22H03996
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
村松 大陸 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (80779140)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | ヘルスケア / 生体信号計測 / 人体通信 / ウェアラブル/インプランタブル / クロスレイヤ最適化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ウェアラブル機器によりユーザの状態を常時計測・収集し医療サーバで監視することで，健康を維持し重篤な病気を予防する「ウェアラブル環境下統合ヘルスケア」が期待を集めている． 本研究では，生体と電磁波の相互作用に基づいて生体計測と情報通信という異なるレイヤの技術を統合最適化し，次世代ヘルスケア基盤の創出を目指す．具体的には，(1)人体に入力した電磁波の振る舞いを分析し，血糖値や脈波などの生体信号を計測する．さらに，(2)人体そのものを高周波信号の伝送路とする人体通信で，検出した生体信号や機器制御情報を伝送する．そして，(3)これら生体信号計測と情報通信を「生体と電磁波の相互作用」という同一の原理を用いて実現することで，センサフロントエンドや高周波回路などを共通化してシステム規模や消費電力を劇的に削減する．
この目的実現に向けて2022年度は特に，ウェアラブルアンテナの開発，インプランタブル人体通信の実現，生体安全性の評価，について取り組んだ．ウェアラブルアンテナの開発では，Wireless body area network (WBAN)のうち21 MHz帯 人体通信と2.4 GHz帯 無線通信の，信号伝送メカニズムが異なる2つの物理層を共にカバーできるデュアル動作のアンテナを開発した．多組織構造腕モデルによる電磁界解析を用いて，提案アンテナの反射特性，放射効率，放射パターンなどを評価し，WBAN用途として高い実用性を有することを示した．インプランタブル人体通信の検討では，従来はウェアラブル環境を対象としてきた人体通信をインプランタブル環境に拡張するため，生体内における信号伝搬メカニズム解明した．そしてこれらの技術について，通信電極を介して生体に直接電気信号を入力することを考慮し，電磁的曝露や機器間の相互干渉について評価したうえで提案技術の安全性を示した．
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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
本研究では，生体と電磁波の相互作用に基づく次世代ヘルスケア基盤の創出に向けて，生体計測と情報通信という異なるレイヤの技術の統合最適化を行うことを重要な課題としている．2022年度は生体計測技術と情報通信技術について，個別に研究開発を進めている段階である．このうち生体信号計測技術については，研究室の施工瑕疵にともなう実験機材トラブルのため検討が遅れている．一方で，電磁界解析ベースの検討については当初の予定よりも多くの成果が上がっており，ウェアラブルアンテナおよびインプランタブル人体通信に関する検討について複数の原著論文と国際会議の発表に至っている．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は，前年度までに得られた電磁界解析モデルおよび電磁ファントム等のツールを用いて，引き続きウェアラブルアンテナの開発とインプランタブル人体通信の実現に向けて検討を進める．また，非侵襲の血糖計測法など生体信号計測関連技術についても，被験者実験を交えて実現可能性の検証を行う．得られた結果については，前年度までの計画として遂行したウェアラブルアンテナとインプランタブル人体通信を対象とした研究成果とあわせ，生体計測と情報通信という異なるレイヤの技術の統合最適化に役立てる．
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