Mathematical model for the prediction of driver's health condition
| Project/Area Number |
18H01392
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 20010:Mechanics and mechatronics-related
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
金子 成彦 早稲田大学, 理工学術院, 教授(任期付) (70143378)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥16,380,000 (Direct Cost: ¥12,600,000、Indirect Cost: ¥3,780,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2018: ¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000)
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| Keywords | 機械力学 / 生体信号処理 / 数理モデル / 体調モニタリング / 交通事故 / 居眠り運転 / 自動車 / 非侵襲計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，数理モデルによってドライバーの眠気推定のメカニズム，体調急変検知のメカニズム，ドライバーの周囲環境の変化に対する応答を説明することのできる数理モデルを提案することである．学術的独自性は，四つあると考えている．一つ目は，自律神経の活動状態が心臓系にどのような影響を及ぼすかを再現したモデルと末梢血管のモデルに心臓からの拍出流量のモデルと血管系のモデルを統合することにある．二つ目は，心臓内科の専門医との共同作業により疾病発生時を模擬できる数理モデルについて研究を行うことにある．三つ目としては，数理モデルに登場する係数を決定する必要がある．そのために，分岐を有する血管系のモデル実験によって圧力損失係数を，また，被験者のデータから自律神経系と血管系との連成係数を決める必要があり，多数の被験者のデータからパラメータを決定する．その際には機械学習を利用する．四つ目として，ドライバーの眠気を誘発する自律神経系の変化は人間の情動だけでなく外部環境の変化によっても影響を受けるため，外部環境の一つである温熱環境の変化と自律神経指標の変化の相関性を評価する数理モデルを提案する．
今年度の研究では，４番目の着眼点についての研究を推進した.温熱環境の変化と自律神経指標の変化の相関性を評価することを目的とし，実験では車室内環境を模擬したブースで室温を短時間の間に変化させながら被験者の心拍間隔を取得し，周波数解析によって得られた情報に基づいて自律神経指標の変化を評価可能な実験環境を試作した．また，自律神経指標の変化の影響を考慮できる心臓血管系モデルを生理学・流体力学的な原理に基づき構築した心臓血管系モデルに生理学・熱力学的な原理に基づいた人体の体温調節モデルを組み合わせて，温熱環境の変化と自律神経指標の変化の相関性評価を行うための基本原理を定式化した．
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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
今年度は，ドライバーの周囲温度環境の変化に対する自律神経系の応答に関する研究に着手した．
自律神経は人間の情動だけでなく外部環境の変化によっても影響を受けるため，外部環境の一つである温熱環境の時間的変化と自律神経指標の変化の相関性を評価することを目的とし，実験と理論の両面から本質に迫る試みを開始した．
実験では車室内環境を模擬したブースで室温を短時間の間に変化させながら被験者の心拍間隔を取得し，周波数解析によって得られた情報に基づいて自律神経指標の変化を評価可能な実験環境を試作した．また，計算では，自律神経指標の変化の影響を考慮できる心臓血管系モデルを生理学・流体力学的な原理に基づき構築した心臓血管系モデルに生理学・熱力学的な原理に基づいた人体の体温調節モデルを組み合わせて，温熱環境の変化と自律神経指標の変化の相関性評価を行うための基本原理を定式化した．
ここまでは，おおむね順調に進んでいる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、実験回数を増やしたい．被験者から生体信号を取得するための実験を伴うので，コロナ感染対策を施したうえで実施したい．
計算については，基盤となる理論は完成したので，これからプログラミングに入るところである．プログラムの完成を急ぎたい．
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Report
(2 results)
Research Products
(11 results)
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[Journal Article] Unconstrained Vital Sign Monitoring System Using an Aortic pulse Wave Sensor2019
Author(s)
Naoki Hagiyama, Harutoyo Hirano, Akihisa Mito, Zu Soh, Etsunori Fujita, Yumi Ogura, Shigehiko Kaneko, Ryuji Nakamura, Noboru Saeki, Masashi Kawamoto, Masao Yoshizumi and Toshio Tsuji
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Journal Title
Scientific Reports, Nature Research
Volume: 9:17475
Pages: 1-10
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Unconstrained Monitoring of Biological Signals Using an Aortic Pulse Wave Sensor2018
Author(s)
Naoki Hagiyama, Akihisa Mito, Harutoyo Hirano, Zu Soh, Etsunori Fujita, Yumi Ogura, Ryuichi Uchikawa, Shigehiko Kaneko, Ryuji Nakamura, Noboru Saeki, Masashi Kawamoto, Masao Yoshizumi and Toshio Tsuji
Organizer
40th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
Related Report
Int'l Joint Research
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