着衣型光電容積脈波センサを用いた健康管理システムの開発

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25870040
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 阿部 誠 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90604637)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 健康管理 / ウェアラブルセンサ / 光電容積脈波 / 圧受容器反射

Research Abstract

平成25年度は，一般家庭において容易に健康管理ができるシステムの構築のための基礎的な研究を実施した．
具体的には，システムに導入する光電容積脈波（PPG）センサの種類，配置部位，配置個数に関する検討を行った．従来の研究で一般的に用いられてきた近赤外LEDによるPPGセンサと，近年検討され始めた緑色LEDによるPPGセンサの比較実験を実施した．また，それぞれのPPGセンサを指先，手首，前腕，上腕の計4箇所にそれぞれ配置し，計測部位によるPPG信号の差異の検討を行った．
その結果として，緑色LEDを用いた生理指標のほうが，近赤外LEDを用いた生理指標よりも従来の血圧を用いた生理指標に近い値となることが示された．同様に，指先以外の部位では，緑色LEDを用いた生理指標のほうが，近赤外LEDを用いた生理指標よりも血圧を用いた生理指標に近い値となることが示された．これは，近赤外光と緑色光の生体内への浸透深度の違いにより，緑色光のほうが体動に強いという特徴を持っており，安定した計測が可能だったためであると考えられる．実際に，緑色LEDによるPPGから得られた生理指標は，近赤外LEDによるPPGから得られた生理指標よりもSN比が大きいことが示されており，この事実を裏付けていると考えられる．さらに，緑色LEDでは，測定部位にかかわらず安定した計測が可能であり，従来よく用いられてきた近赤外LEDよりも，着衣型センサの実現に適したセンサであると考えられる．
以上の結果から，今後は緑色LEDを用いたPPGセンサを中心にシステムを構築することが有効であると考えられる．また，緑色LEDを用いた場合，測定部位によらず安定した測定が可能なことから，手首，前腕，上腕の3箇所から同時に取得を可能にするシステムの構築が有用であると推察される．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成25年度の目標であった健康管理システムに用いる光電容積脈波センサに関して，種類，配置部位，および配置個数のそれぞれについて有用な結果が得られている．加えて，健康管理のために用いる生理指標の検証に関しても，既存の方法よりも良好な結果が得られており，今後のさらなる検証実験に向けて基礎的なデータおよび有効な結果が得られた．
本研究で用いている緑色PPG信号から得られる生理指標について，同様の指標が検討された先行研究はなく，本研究の成果は新規性があるため，随時学会発表や学術論文等での報告が可能な状況にある．以上のことから，本研究は当初の計画に沿った形で進捗していると言える．

Strategy for Future Research Activity

今後の研究の推進方策としては，平成25年度の研究結果をもとに，当初の計画どおりに実施していく．具体的には，平成26年度は，本研究の核である着衣型光電容積脈波計測システムの構築を行う．センサや測定部位ならびに解析方法に関して，平成25年度の結果をもとにして決定した後，提案システムを用いた生活習慣病予防のための生理指標取得実験を行う．そして，計測の安定性および生理指標の妥当性の観点から，提案システムの有効性を検証する．さらに，平成27年度においては，提案システムを用いて生活習慣病と生理指標の関係性を明確にする実験を中心にして研究を進め，本システム全体の有用性を証明する予定である．

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

次年度使用額は，当初計画していた解析用パソコンの購入における物品の納品遅延によって生じたものである．
納品遅延が生じた解析用パソコンの購入に必要な経費として平成26年度請求額とあわせて使用する予定である．