生体信号の非接触パターン計測を実現する電磁反射位相検出アレイの確立
| Project/Area Number |
21K18307
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 61:Human informatics and related fields
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
門内 靖明 東京大学, 先端科学技術研究センター, 准教授 (90726770)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥26,000,000 (Direct Cost: ¥20,000,000、Indirect Cost: ¥6,000,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2021: ¥22,620,000 (Direct Cost: ¥17,400,000、Indirect Cost: ¥5,220,000)
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| Keywords | テラヘルツ波 / 光音響 / 生体計測 / アンテナ / レーダー / 導波路 / 生体信号 |
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| Outline of Research at the Start |
電磁波の反射位相に着目したセンシングにより、センサを皮膚に近づけるだけで非接触的に生体電気信号を計測する技術の実現を目指す。一般に電磁波は低周波なほど皮膚下に深く到達可能な一方、高周波なほど空間分解能が向上する。このトレードオフ下で、本提案に最適な電磁波の周波数を決定する。次に、反射位相をパターン計測するためにセンサアレイを構築する。ピクセルごとに反射波と参照波との非線形検波を行って位相を個別に検出できるようにする。そして、上記で作製されたセンサを用いて、健康状態のモニタリングおよび身体動作の推定のアプリケーションの原理実証を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
テラヘルツ導波構造からの漏れ波の方向をモード分散に基づいて制御して指向性ビームのステアリングを行う手法を実現した。また、サーキュレータの漏洩を利用する新たなミキシング構造を実現し、テラヘルツレーダーとして機能させることで、心拍動きをはじめとする微小な体動を衣服越しに検出できることを示した。並行して、水分に対する吸収性の大きなテラヘルツ帯で光音響効果を生じさせることで、体内超音波を非接触に発生させられることを示した。これにより、短パルス光の照射に基づく従来の光音響効果とは異なり、連続波（CW）のテラヘルツ波を用いて超音波を生成可能となる。その際、近年進展の著しい高周波電子技術を活用することで、コンパクトな変調テラヘルツ照射システムを構築することができる。テラヘルツ波は、近赤外線のピーク波長に類似した顕著な水吸収係数を示しつつ、多様な材料を透過できるため、様々な媒体での広帯域超音波の生成が可能となる。実際、それを用いて、容器中のゼラチンゲルの体積弾性率の測定や、人間の手の内側の解剖学的イメージングが可能になることを原理実証した。さらに、非接触超音波を水中ドローンや体内埋込式デバイスのための無線通信手段として使用する可能性についても検討に着手した。これは、従来の無線通信では困難な、ウェットな環境下でも計測・通信を可能にする足掛かりとなる成果であり、今後一層の発展に向けて取り組んでいく。また、近年、人間の発汗状態がテラヘルツ帯で顕著なスペクトル変化を通して検出できる可能性が報告されている。本研究では、特に汗腺などの皮膚下の組織構造が円二色性を有する可能性に着目し、高速に左右の円偏波を切替可能にする位相合成手法を提案して原理実証した。今後はそれを検出系と組み合わせ、体動などのアーティファクトを除去しながら計測を行うことに取り組んでいく。
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Report
(4 results)
Research Products
(11 results)
