多重スケール解析を応用した生体信号時系列の分析法の開発

• 研究課題/領域番号: 15K01285
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生体医工学・生体材料学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 清野 健 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (40434071)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2016年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2015年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 多重スケール解析 / 生体信号解析 / 心拍変動 / フラクタル解析 / スケーリング解析 / 長時間相互 / 長時間相関 / フラクタル / 非ガウス過程

研究成果の概要

生体信号解析のために多重スケール解析の基礎理論および分析手法を開発した．多重スケール解析の重要な応用例として長時間相関の分析がある．本研究の重要な成果として，トレンド除去に基づくランダムウォーク解析の基礎理論を確立した．また，非定常信号に対する効果的なトレンド除去手法としてSavitzky-Golayフィルターの有用性を示し，Savitzky-Golayトレンド除去フィルターを用いたランダムウォーク解析の高速アルゴリズムを開発した．一方で，多重スケール解析を心拍変動の分析に応用し，脳梗塞発症リスクの予測，心疾患の生命予後予測における有用性を示した．

研究成果

• [国際共同研究] Politecnico di Torino(イタリア)
• [国際共同研究] Ecole Normale Superieure de Lyon(フランス)
• [国際共同研究] Ecole Normale Superieure de Lyon(フランス)
• [国際共同研究] Politecnico di Torino(イタリア)
• [雑誌論文] Association between Multiscale Entropy Characteristics of Heart Rate Variability and Ischemic Stroke Risk in Patients with Permanent Atrial Fibrillation (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsuoka Ryo、Yoshino Kohzoh、Watanabe Eiichi、Kiyono Ken
  • 雑誌名: Entropy 巻: 19 号: 12 ページ: 672-672
  • DOI: 10.3390/e19120672
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fast algorithm for scaling analysis with higher-order detrending moving average method (2016)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Tsujimoto, Yuki Miki, Satoshi Shimatani, Ken Kiyono
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 93 号: 5 ページ: 053304-053304
  • DOI: 10.1103/physreve.93.053304
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Detrending moving average algorithm: Frequency response and scaling performances (2016)
  • 著者名/発表者名: Anna Carbone, Ken Kiyono
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 93 号: 6 ページ: 063309-063309
  • DOI: 10.1103/physreve.93.063309
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Time and frequency domain characteristics of detrending-operation-based scaling analysis: Exact DFA and DMA frequency responses (2016)
  • 著者名/発表者名: Ken Kiyono, Yutaka Tsujimoto
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 94 号: 1 ページ: 012111-012111
  • DOI: 10.1103/physreve.94.012111
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nonlinear filtering properties of detrended fluctuation analysis (2016)
  • 著者名/発表者名: Ken Kiyono, Yutaka Tsujimoto
  • 雑誌名: Physica A 巻: 462 ページ: 807-815
  • DOI: 10.1016/j.physa.2016.06.129
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Multiscale Analysis of Intensive Longitudinal Biomedical Signals and Its Clinical Applications (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Nakamura, K. Kiyono, H. Wendt, P. Abry, Y. Yamamoto
  • 雑誌名: Proceedings of the IEEE 巻: 104 号: 2 ページ: 242-261
  • DOI: 10.1109/jproc.2015.2491979
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Establishing a direct connection between detrended fluctuation analysis and Fourier analysis (2015)
  • 著者名/発表者名: Ken Kiyono
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 92 号: 4 ページ: 042925-042925
  • DOI: 10.1103/physreve.92.042925
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Multiscale Entropy of the Heart Rate Variability for the Prediction of an Ischemic Stroke in Patients with Permanent Atrial Fibrillation (2015)
  • 著者名/発表者名: Eiichi Watanabe, Ken Kiyono, Junichiro Hayano, Yoshiharu Yamamoto, Joji Inamasu, Mayumi Yamamoto, Tomohide Ichikawa, Yoshihiro Sobue, Masehide Harada, Yukio Ozaki
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 10 号: 9 ページ: e0137144-e0137144
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0137144
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] 機械学習による心不全予後予測能の向上 (2018)
  • 著者名/発表者名: 越川真行, 本池雄二, 市川智英, 川合真由美, 原田将英, 渡邉英一, 尾崎行男, 清野健, 島谷哲史
  • 学会等名: 日本ホルター・ ノンインベイシブ 心電学研究会
• [学会発表] 多重スケールSavitzky‐Golayフィルタを用いた生体信号の波形形状解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 藤田壌, 清野健
  • 学会等名: 計測自動制御学会関西支部・システム制御情報学会若手研究発表会
• [学会発表] Theory and applications of detrending-operation-based fractal-scaling analysis (2017)
  • 著者名/発表者名: Ken Kiyono
  • 学会等名: 2017 International Conference on Noise and Fluctuations (ICNF)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Savitzky-Golay filter-based detrended fluctuation analysis: theory and its application to physiological time-series (2016)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Tsujimoto, Yasuyuki Suzuki, Masanori Shimono, Taishin Nomura, Ken Kiyono
  • 学会等名: 8th International Workshop on Biosignal Interpretation
  • 発表場所: 大阪国際交流センター (大阪府・大阪市)
  • 年月日: 2016-11-01
  • 国際学会
• [学会発表] Nonlinearity of heart rate variability induced by respiratory modulation (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuki Miki, Yasuyuki Suzuki, Masanori Shimono, Eiichi Watanabe, Junichiro Hayano, Yoshiharu Yamamoto, Taishin Nomura, Ken Kiyono
  • 学会等名: 8th International Workshop on Biosignal Interpretation
  • 発表場所: 大阪国際交流センター (大阪府・大阪市)
  • 年月日: 2016-11-01
  • 国際学会
• [学会発表] Scattering Transform of Heart Rate Variability for the Prediction of Ischemic Stroke in Patients with Atrial Fibrillation (2016)
  • 著者名/発表者名: Roberto Leonarduzzi, Patrice Abry, Herwig Wendt, Ken Kiyono, Yoshiharu Yamamoto, Eiichi Watanabe, Junichiro Hayano
  • 学会等名: 8th International Workshop on Biosignal Interpretation
  • 発表場所: 大阪国際交流センター (大阪府・大阪市)
  • 年月日: 2016-11-01
  • 国際学会
• [学会発表] Long-range correlations in amplitude variability of HF and LF components of heart rate variability (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuki Miki, Yasuyuki Suzuki, Eiichi Watanabe, Junichiro Hayano, Yoshiharu Yamamoto, Taishin Nomura, Ken Kiyono
  • 学会等名: 38th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
  • 発表場所: フロリダ (アメリカ)
  • 年月日: 2016-08-16
  • 国際学会
• [学会発表] 心拍変動の高周波数及び低周波数成分の振幅変調にみられる長時間相関 (2015)
  • 著者名/発表者名: 三木裕貴, 鈴木康之, 野村泰伸, 渡邉英一, 早野順一郎, 山本義春, 清野健
  • 学会等名: 第31回心電情報処理ワークショップ
  • 発表場所: 名古屋クラウンホテル（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-10-24
• [学会発表] 多重回帰分析による心臓植え込み型デバイスの需要推移予測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 島谷哲史, 渡邉英一, 鈴木康之, 野村泰伸, 清野健
  • 学会等名: 第31回心電情報処理ワークショップ
  • 発表場所: 名古屋クラウンホテル（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-10-24
• [学会発表] 慢性心房細動の心拍変動特性と予後との関係 (2015)
  • 著者名/発表者名: 清野健，渡邉英一
  • 学会等名: 第31回心電情報処理ワークショップ
  • 発表場所: 名古屋クラウンホテル（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-10-24
• [学会発表] Multiscale non-Gaussian analysis based on Mellin transform: application to heart rate variability analysis (2015)
  • 著者名/発表者名: Ken Kiyono
  • 学会等名: Challenges in Data Science: a complex systems perspective
  • 発表場所: Castello del Valentino, Torino, Italy
  • 年月日: 2015-10-14
  • 国際学会
• [学会発表] 心不全患者の予後予測因子としての心拍変動低周波成分の変調特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 藤井翔太, 鈴木康之, 野村泰伸, 渡邉英一, 早野順一郎, 山本義春, 清野健
  • 学会等名: 第54回日本生体医工学会大会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-05-07
• [学会発表] 心拍変動の時間相関に見られるスケーリングとクロスオーバー特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 三木裕貴, 鈴木康之, 野村泰伸, 渡邉英一, 早野順一郎, 山本義春, 清野健
  • 学会等名: 第54回日本生体医工学会大会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-05-07
• [学会発表] 睡眠時無呼吸症候群を合併した心疾患患者における終夜睡眠ポリグラフデータの特性と予後との関係 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松井翔二郎, 渡邉英一, 鈴木康之, 野村泰伸, 清野健
  • 学会等名: 第54回日本生体医工学会大会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-05-07
• [学会発表] 心臓植込み型デバイスの国内手術件数分析に基づく将来需要予測モデルの構築 (2015)
  • 著者名/発表者名: 島谷哲史, 渡邉英一, 鈴木康之, 野村泰伸, 清野健
  • 学会等名: 第54回日本生体医工学会大会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-05-07
• [学会発表] 心拍変動に見られる分散不均一構造の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 森脇康貴, 鈴木康之, 野村泰伸, 渡邉英一, 早野順一郎, 山本義春, 清野健
  • 学会等名: 第54回日本生体医工学会大会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-05-07
• [学会発表] 心拍変動の非線形特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 清野健
  • 学会等名: 第54回日本生体医工学会大会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-05-07