体調変化とデータ欠損にロバストな無拘束型睡眠段階推定と個人化による精度向上

• Project/Area Number: 17J10128
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Life / Health / Medical informatics
• Research Institution: The University of Electro-Communications
• Research Fellow: 田島 友祐 電気通信大学, 情報理工学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000); Fiscal Year 2019: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: 生体振動データ / 睡眠段階推定 / 睡眠 / 体内周期 / ウルトラディアンリズム / 無拘束 / 心拍 / 体動

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，拘束型器具の装着・専門医師の診断が必要であった従来の推定法から，無拘束型器具で取得可能な生体データ（心拍・体動・呼吸）に対し周波数解析を用いた睡眠段階推定手法の実用化に取り組む．この目標達成のため，(ⅰ) 従来の心拍だけの推定ではなく，他の生体データ（体動・呼吸）を用いた睡眠段階推定精度の向上，(ⅱ) 個人の日々の体調変化や被験者によって推定精度が減少しない推定法の確立，(ⅲ) 就寝直後のような短時間における推定法の確立，(ⅳ) 生体データ欠損時での近似的な補完方法の確立，の４つのサブテーマを掲げ，２０１７・２０１８年度で取り組んだ．２０１９年度はこれらのサブテーマに対し，人間が保有する生体リズムを新たに考慮することで睡眠段階推定の高精度化を目指すとともに，健常者だけでなく無呼吸症候群のような睡眠障害を持つ被験者に対しても実験をすることで，性別・年齢だけでなく健康状態を問わないロバストな推定法の確立に取り組む．具体的には，人間が持つ約９０分の周期の体内周期であるウルトラディアンリズムに着目し，睡眠時の生体振動データの平均・分散・標準偏差などの特徴量からウルトラディアンリズムの周期変化を捉え，周期に合わせたデータ区間を決定し推定することでより高精度な推定が可能となる．被験者実験より，２０代から７０代までの男女に対して睡眠時の生体振動データを取得し，提案法を用いたところ体内周期変化を考慮することで，１０％程度の睡眠段階推定精度の向上が実現した．また，無呼吸症候群患者の睡眠時の生体振動データを用いたところ無呼吸による中途覚醒で体内周期が乱れることがわかり，考慮をしない推定法よりも誤推定を減らすことが可能となった．また，体内周期の乱れを健常者との睡眠データと比較をすることで異常を検知する可能性が存在し，睡眠障害の診断の指標の一つとしてを示唆することが可能となった．

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Sleep Stage Estimation Comparing own past heartrate or other's heartrate, (2018)
  • Author(s): Tajima, Y., Uwano, F., Murata, A., Harada, T., and Takadama, K.
  • Journal Title: SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration Volume: 11/1 Pages: 32-39
  • DOI: 10.9746/jcmsi.11.32
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 睡眠時無呼吸症候群患者に対する無拘束型リアルタイム睡眠段階推定法の分析 (2018)
  • Author(s): 田島 友祐
  • Organizer: ヘルスケア・医療情報通信技術研究専門委員会（MICT）
• [Presentation] Sleep Stage Re-Estimation Method focus on Changing Sleep Cycles (2018)
  • Author(s): Yusuke Tajima
  • Organizer: AAAI 2018 SPRING SYMPOSIUM SERIES
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 心拍数変動の類似性を考慮したリアルタイム睡眠段階推定 (2017)
  • Author(s): 田島友祐
  • Organizer: JSAI2017 2017年度 人工知能学会全国大会（第31回）
• [Presentation] 睡眠周期の変化に着目したリアルタイム睡眠段階再推定法 (2017)
  • Author(s): 田島友祐
  • Organizer: ヘルスケア・医療情報通信技術研究会 (MICT)