遠赤外線画像を用いた口呼吸の非接触計測

Research Project

Project/Area Number	21K11981
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 61020:Human interface and interaction-related
Research Institution	Nagoya City University
Principal Investigator	塙大名古屋市立大学, 大学院芸術工学研究科, 准教授 (50422506)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000) Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000) Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000) Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywords	遠赤外線画像 / 口呼吸 / 非接触計測 / 流速
Outline of Research at the Start	本研究課題では，人間の口呼吸における流速および流量を，遠赤外線画像を用いて非接触かつ定量的に計測できる手法の確立を目指す．具体的にはまず，口呼吸における口腔内の温度分布と，外気の吸入速度と吸入量，および，呼気の排出速度と排出量との関連性を分析し，流速や流量の推定に有効な特徴量の抽出を試みる．次に，口呼吸における流速と流量を，遠赤外線画像を用いて，いずれも実時間かつ定量的に推定できる手法を考案する．さらに，これらの推定を自動化および簡易化する方法について検討する．
Outline of Annual Research Achievements	遠赤外線画像を用いたヒトの口呼吸の非接触計測の実現に向けて，前年度に判明した技術課題に対する検討を行った．はじめに，申請者らが考案した流速の推定法を口呼吸し，推定精度の定量評価を行うための環境構築を試みた．具体的にはまず，口呼吸を対象にした呼気・吸気の流速と呼吸部位の温度変化の同時計測が可能かどうかを検討した．呼吸の仕方および呼吸中の口の形状を変えた条件下で予備実験を実施した結果，現有の測定機器の組み合わせでは，これらの同時計測は困難であることが判明した．その一方で，呼気・吸気の流速と気温は，スパイロメータと熱電対センサを用いることで同時に計測できる可能性が示唆された．さらに，遠赤外線カメラと熱電対センサを用いることで，呼吸部位の温度変化と呼気・吸気の気温を概ね同時に計測できる可能性が示唆された．次に，予備実験の結果を元に，呼吸部位の温度変化から呼気・吸気の気温を推定する手法の考案に向けて，これらの関連性を探るための基礎検討を行った．遠赤外線カメラと熱電対センサを用いた計測実験の結果より，温度変化を見るための航空部分の領域，呼吸中の口の形状が，口呼吸における呼気・吸気の気温に少なからず影響することを確認した．さらに，呼気・吸気の気温から流速を推定する手法の考案に向けて，これらの関連性を探るための基礎検討も併せて行った．スパイロメータと熱電対センサを用いた計測実験の結果から，口呼吸における呼気・吸気の気温と流速との間に定性的な傾向が見られることを確認した．しかしながら，これらの分析結果はいずれも定性的なものにとどまっており，推定手法の具体化に向けて，熱電対センサの設置位置，実験条件や個人差の影響の考慮など，さらなる検討が必要であることが判明した．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 4: Progress in research has been delayed. Reason 本年度に行った検討結果より，定量評価を行うための環境を構築できた．その一方で，提案手法の具体化に向けて検討すべき新たな課題があることが判明した．以上より，本課題の進捗状況は総合的に判断して，遅れていると考えられる．
Strategy for Future Research Activity	予備実験の結果を元に，熱電対センサの設置位置，他のセンサの併用を含めた計測環境の再検討を行った後，呼吸部位として抽出する領域，呼吸中の口の形状，呼吸の仕方，個人差の影響について検証を行う．これらの検証結果に基いて推定手法の考案と評価を行う予定である．