2014 Fiscal Year Research-status Report
ネックバンド型スマートバイオセンサによる高齢者の生活リズム分析と体調管理システム
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25350690
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| Research Institution | Osaka Electro-Communication University |
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Principal Investigator |
松村 雅史 大阪電気通信大学, 医療福祉工学部, 教授 (80209618)
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2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 心電図 / 脈波伝搬時間 / 血圧変動 / 口腔機能 / 嚥下 / スマートセンサ / 見守りシステム / 介護予防・支援技術 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、首もとに心電図用電極、装着型マイクロホン、光センサ、３軸加速度センサ、温度センサを一体化させたネックバンド型ハイブリッドバイオセンサを開発し、心電図・心拍、口腔音、血圧、運動、体温を無拘束・無意識に計測する生活リズム分析や見守りシステムへの応用を目指している。本年度の研究成果を以下に示す。
１．ネックバンド型ハイブリッドバイオセンサの開発：首もとにフィットするアームにバイタルサインセンサ（心電図、脈波、血中酸素飽和濃度）と口腔機能センサ、３軸加速度センサを集積化して組み込んだネックバンド型スマートバイオセンサを開発する。心電図計測では、心電図の信号帯域を忠実に検出するフィルタを設計した。その結果、7～20[Hz]の周波数帯域のフィルタのSN比が最も高いことを見いだし、SN比を向上させることに成功した。
２．呼吸器系（低呼吸、無呼吸）の無拘束センシング：頸部に装着するだけで口腔咽喉音とSpO2が計測できる口腔咽喉音・SpO2センサ一体型ネックバンドデバイスの開発し、無呼吸・低呼吸の簡易モニタリングを行った。口腔咽喉音と鼻気流の同時計測を行い、両者の相関係数が0.971であり、口腔咽喉音から鼻気流の推定が可能であることを明らかにした。また，鼻気流が50%以下の計測範囲でも使用可能であることから無呼吸・低呼吸が検出可能であることを実証実験により確認した。
３．口腔咽喉音分析に基づく会話、笑いの頻度、嚥下の無拘束センシング：首もとの皮膚表面から検出される口腔咽喉音には、呼吸音、音声、摂食・嚥下に関わる音情報が含まれている。それらの音波形の振幅包絡線と周波数成分（ケプストラム分析）の特徴を併用することで笑い声の基本周波数を推定し、日常生活下や軽い体操時の体動に伴う雑音、会話、咳などと識別可能な特徴量を見出して笑いの認識率を向上させた。
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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
本研究の概要は以下のとおりである。
１．バイタルサインセンサ、口腔機能センサ、温度センサ、3軸加速度センサを一体化させたネックバンド型ハイブリッドバイオセンサを開発する。
２．多種多様な生体情報を融合させることで高齢者の行動、食事、会話、笑いを識別し、長期間のライフレコードから生活リズムを分析すると共に体調変化やストレスを検出し、医療機関から適切なアドバイスが受けられる体調管理システムを開発する。
平成26年度はネックバンド型ハイブリッドバイオセンサの開発を主題としており、心電図モニタリングのSN比向上、呼吸機能（通常呼吸、低呼吸、無呼吸）の評価、口腔咽喉音のケプストラム分析による会話と笑いの識別が実現させることができた。また、システム全体の消費電力を小さくする回路設計が今後の課題である。
以上の点から本研究はおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
従来の生体情報計測は、心電図など個別に研究が行われ、最近ではこれらのセンサに無線通信機能を付加して新規性を提示しているが、長時間、電極を張り付けることでかゆみやかぶれが生じるという根本的な問題が解決されず、日常生活での長時間計測に耐えうるものは実現されていない。また、長期間の生体情報モニタリングで得られたビッグデータの分析に基づいた疾患予測は、発症前に診断し、介入する先制医療大きく貢献する。さらに笑いなどのポジティブな心理的介入は、楽しく、気軽に継続することができる利点を有しており、ストレス低減、糖尿病の重症化予防などでの利用が期待されている。
本研究は順調に進んでおり、今後の研究推進方策は、ネックバンド型ハイブリッドバイオセンサを用いて生体情報の長期間計測と生活リズムの分析、見守りシステムへと展開させる。長期間の使用に耐えるようにセンサデバイスは集積化させることが必要であり試作を企業に依頼する。また、ネックバンドの皮膚との接触圧分布を均一化させる3次元形状を設計し３Dプリンタで試作を行う。このようなシステム作りを経て、個人の長期間の生体情報モニタリングを行い、これらの生体情報の融合処理を試行する。血圧・心拍数、会話や笑いの頻度、食事の時間や誤嚥、寝床からの起き上り、歩行などを検出して日常生活動作のパターンモデルを作成する。また、心電図R-R間隔から心拍数と自律神経活動を推定してストレス低減度に関する分析を行う。このような生体情報から毎時間ごとに動作認識を行い、会話、誤嚥や咳嗽、食事、歩行、睡眠などの識別に基づき生活リズムの分析を行うことで日常生活下でのデータ収集に基づいた発症予測モデルの構築が期待できる。さらに笑いのポジティブ介入により高齢者の口腔機能を向上できるかどうかを検証する実験を老人介護施設の協力を得て実施する予定である。
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| Causes of Carryover |
ネックバンド型ハイブリッドデバイスの開発は順調に進んでおり、物品費は予定通りの執行である。その研究成果を学会で発表したが、その予算が学内予算で執行したため、研究成果の発表のために予定していた旅費が未執行となった。また、長時間モニタリングの実証実験を予定していたが、システムの準備の都合から年度末となったため、次年度に延期した。そのため、謝金が未執行となった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成27年は最終年度であり、長時間モニタリングの実証実験の実施、研究成果の発表を行う準備は整っており、すべての予算を執行する予定である。
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