マイクロ波生体検知システムの信頼度向上と運転者状態測定への展開

• 研究課題/領域番号: 17K01310
• 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: 社会システム工学・安全システム
• 研究機関: 福岡工業大学
• 研究代表者: 間瀬 淳 福岡工業大学, 付置研究所, 研究員 (00023325)
• 研究分担者: 近木 祐一郎 福岡工業大学, 工学部, 教授 (10398109) ; 伊藤 直樹 (伊藤直樹) 宇部工業高等専門学校, 制御情報工学科, 准教授 (50604849)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2018年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: マイクロ波 / 反射計 / 心拍 / 心拍変動率 / リアルタイム / 運転者状態評価 / 事故防止 / 自動運転支援 / 心房細動 / 運転者診断 / 反射計システム / 計測システム

研究成果の概要

屋外使用可能な 24 GHzマイクロ波反射計を用いた心拍および心拍変動率の実時間評価法の開発を進めた。反射信号の雑音除去のため二台の反射計間の相互相関法適用や、非静止被験者からの反射波安定化のため、電圧制御減衰器を有する位相検出器を適用すると共に、心拍・心拍変動率を二種類のアルゴリズム（テンプレート法・最大エントロピー法）により測定・評価する新しい信号解析技術を提案した。
運転者モニタとしての有用性を実証するためドライビングシミュレータを用いた試験を実施した。心電計と比較した心拍および心拍変動指数の評価精度は1-2 %であり、高速道路及び郊外道路では実用化レベルに達していることを示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

運転者状態センシングの必要性は以前から提唱されており、肉体的、精神的状態に関連する生体信号（心拍および呼吸）取得を目的として種々のセンサが開発されつつあるが実用化に至っていない。リアルタイムでの生体信号の非接触・無意識センシングは、車輛事故の直接の要因となりうる運転者状態測定に有用になると共に、2025年を目標として推進されている自動運転の普及に対しても重要な鍵となる。すなわち、部分的自動運転だけでなく、完全自動運転のモードに対しても運転者状態をフィードバックしていくことが運転支援の観点から重要である。本研究では、マイクロ波反射計による非接触生体信号測定を実用化が可能とされる信頼度で実現する。

研究成果

• [国際共同研究] カリフォルニア大学デービス校(米国)
• [国際共同研究] 吉林大学(中国)
• [国際共同研究] カリフォルニア大学デービス校(米国)
• [国際共同研究] 吉林大学(中国)
• [国際共同研究] カリフォルニア大学デービス校(米国)
• [国際共同研究] 吉林大学/南京林業大学(中国)
• [国際共同研究] カリフォルニア大学デービス校(米国)
• [国際共同研究] 吉林大学(中国)
• [雑誌論文] Development of the calibration method for the multi-channel sea-tide measurement radar (2020)
  • 著者名/発表者名: I. Gondo, Y Kogi, A. Mase, H. Ikezi, M. Inutake
  • 雑誌名: 2020 6th International Conference on Engineering, Applied Sciences and Technology (ICEAST) 巻: 1 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1109/iceast50382.2020.9165390
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Throughput improvement and evaluation of a laser radar with a high-speed sweep oscillator (2020)
  • 著者名/発表者名: N. Kimura, Y. Kogi, A. Mawse, H. Ikezi, M. Inutake
  • 雑誌名: 2020 6th International Conference on Engineering, Applied Sciences and Technology (ICEAST) 巻: 1 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1109/iceast50382.2020.9165369
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Non-contact and real-time measurement of heart rate and heart rate variability using microwave reflectometry (2020)
  • 著者名/発表者名: A. Mase, Y. Kogi, T. Maruyama, T. Tokuzawa, F. Sakai, M. Kunugita, T. Koike, H. Hasegawa
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 91 号: 1 ページ: 014704-014704
  • DOI: 10.1063/1.5128959
  • NAID: 120007180025
  • 査読あり
• [雑誌論文] Non-contact and Non-Invasive Driver's Monitor Using Microwave Reflectomer (2020)
  • 著者名/発表者名: A. Mase, Y. Kogi, T. Maruyama, T. Tokuzawa, M. Kunugita, T. Koike, H. Hasegawa
  • 雑誌名: Progress In Electromagnetics Research M 巻: 90 ページ: 81-88
  • DOI: 10.2528/pierm19082004
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] マイクロ波反射計による非接触および着衣状態での心臓拍動の同定：今後の応用と展開 (2020)
  • 著者名/発表者名: 丸山 徹、間瀬 淳
  • 雑誌名: 健康科学 巻: 42 ページ: 1-10
  • NAID: 120006814197
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Realizing sub-diffraction focusing for terahertz (2019)
  • 著者名/発表者名: A. Iba, C. W. Domier, M. Ikeda, A. Mase, A.-V. Pham, N. C. Luhmann, Jr.
  • 雑誌名: Proceedings of the 44th Int. Conf. Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves 巻: なし
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Development and application of radar reflectometer using micro to infrared waves (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Mase, Y. Kogi, D. Kuwahara, Y. Nagayama, N. Ito, T. Maruyama, H. Ikezi, X. Wang, M. Inutake, T. Tokuzawa, J. Kohagura, M. Yoshikawa, S. Shinohara, A. Suzuki, F. Sakai, M. Yamashika, B. J. Tobias, C. Muscatello, X. Ren, M. Chen, C. W. Domier, N. C. Luhmann, Jr.
  • 雑誌名: Advances in Physics: X 巻: 印刷中 号: 1 ページ: 633-675
  • DOI: 10.1080/23746149.2018.1472529
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Real-Time Evaluation of Heart Rate and Heart Rate Variability Using Microwave Reflectometry (2018)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Mase, Yuichiro Kogi, Toru Maruyama
  • 雑誌名: Proc. IEEE MTT-S International Microwave Biomedical Conference 巻: 978-1 ページ: 160-162
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quasi-Millimeter Wave Technique Used for Image of Wood (2018)
  • 著者名/発表者名: Dan Zhang, Chujing Zong, Atsushi Mase
  • 雑誌名: Progress in Electromagnetic Research Letters (PIER L) 巻: 75 ページ: 19-24
  • DOI: 10.2528/pierl18021902
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Real-Time Evaluation of Heart Rate and Heart Rate Variability Using Microwave Reflectometer (2018)
  • 著者名/発表者名: Aysushi Mase, Yuichiro Kogi, Toru Maruyama
  • 雑誌名: Proc. IEEE MTT-S International Microwave Biomedical Conference 巻: 印刷中
  • 査読あり
• [学会発表] Development of the calibration method for the multi-channel sea-tide measurement radar (2020)
  • 著者名/発表者名: I. Gondo, Y. Kogi, A. Mase, H. Ikezi, M. Inutake
  • 学会等名: The 6th Int. Conf. on Engineering Applied Science and Technology (ICEAST 2020)
  • 国際学会
• [学会発表] Throughput improvement and evaluation of a laser radar with a high-speed sweep oscillator (2020)
  • 著者名/発表者名: N. Kimura, Y. Kogi, A. Mase, H. Ikezi, M. Inutake
  • 学会等名: The 6th Int. Conf. on Engineering Applied Science and Technology (ICEAST 2020)
  • 国際学会
• [学会発表] Realizing sub-diffraction focusing for terahertz (2019)
  • 著者名/発表者名: A. Iba, C. W. Domier, M. Ikeda, A. Mase, A.-V. Pham, N. C. Luhmann, Jr.
  • 学会等名: The 44th Int. Conf. Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves
  • 国際学会
• [学会発表] 建築物外壁診断のためのミリ波計測法の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大崎頌太、間瀨 淳、平田吉一、岩倉宗弘
  • 学会等名: 電気・情報関係学会九州支部連合大会
• [学会発表] マイクロ波反射計による運転者の心拍および心拍変動率測定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 間瀨 淳, 近木祐一郎, 丸山 徹
  • 学会等名: 2019年電子情報通信学会総合大会
• [学会発表] Real-Time Evaluation of Heart Rate and Heart Rate Variability Using Microwave Reflectometry (2018)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Mase, Yuichiro Kogi, Toru Maruyama
  • 学会等名: IEEE MTT-S International Microwave Biomedical Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Heart beat variability estimated by microwave reflectometry in noncontact clothing condition (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Maruyama, Shioto Yasuda, Atsushi Mase
  • 学会等名: The 2018 International Congress on Electrocardiology
  • 国際学会
• [学会発表] Development and calibration of prototype radar for sea tide level measurement (2018)
  • 著者名/発表者名: Ryota Nakazono, Yuichiro Kogi, Ryusei Noda, Daisuke Kaneko, Yasuhiro Takeuchi, Atsushi Mase, Hiroyuki Ikezi, Masaaki Inutake
  • 学会等名: The 4th International Conference on Engineering Science and Technology
  • 国際学会
• [学会発表] プラズマのマイクロ波イメージングの現状 (2018)
  • 著者名/発表者名: 間瀬 淳, 近木祐一郎, 桑原大介, 長山好夫, 土屋隼人, 徳沢季彦, 小波蔵純子, 吉川正志, 伊藤直樹, 王 小龍, J-H. Yu, Y-T. Chang, Y. Yu, Y. Zhu, K-Y. Lin, C. Chang, S. Chang, B. J. Tobias, C. Muscatello, C. W. Domier, N. C. Luhmann, Jr.
  • 学会等名: 第35回プラズマ・核融合学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 広周波数帯域に対応したマイクロ波イメージング用ローカル内蔵型アンテナアレイの開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 桑原大介, 伊藤直樹, 土屋隼人, 徳澤季彦, 吉永智一, 長山好夫, 山口聡一朗, 近木祐一郎. 間瀨 淳, 小波蔵純子, 吉川正志, 大島慎介, 長崎百伸
  • 学会等名: 第35回プラズマ・核融合学会年会
• [学会発表] 陸上設置型潮位観測レーダの発振器制御装置の製作 (2018)
  • 著者名/発表者名: 野田龍成、近木祐一郎、金子大祐、竹内康洋、池地弘行、間瀬 淳、犬竹正明
  • 学会等名: 電子情報通信学会2018年総合大会
• [学会発表] マイクロ波反射計を用いた心拍変動率の実時間評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 間瀬 淳、近木祐一郎、丸山 徹
  • 学会等名: 電子情報通信学会2018年総合大会
• [学会発表] 陸上設置型潮位観測レーダシミュレーションによるアンテナ設置間隔と波高推定精度に関する研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 金子大祐、近木祐一郎、竹内康洋、野田龍成、池地弘行、間瀬 淳、犬竹正明
  • 学会等名: 電子情報通信学会2018年総合大会
• [学会発表] Real-Time Evaluation of Heart Rate and Heart Rate Variability Using Microwave Reflectometer (2018)
  • 著者名/発表者名: Aysushi Mase, Yuichiro Kogi, Toru Maruyama
  • 学会等名: IEEE MTT-S International Microwave Biomedical Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Development and calibration of prototype radar for sea tide level measurement (2018)
  • 著者名/発表者名: Ryota Nakazono, Yuichiro Kogi, Ryusei Noda, Daisuke Kaneko, Yasuhiro Takeuchi, Atsushi Mase, Hiroyuki Ikezi, Masaaki Inutake
  • 学会等名: The 4th International Conference on Engineering, Applied Science, and Technology
  • 国際学会
• [学会発表] Development and application of radar reflectometer using millimeter to infrared waves (2017)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Mase, Yuichiro Kogi, Daisuke Kuwahara, Hiroyuki Ikezi, Yoshio Nagayama, Xiaolong Wang, Naoki Ito, Masaaki Inutake
  • 学会等名: The 6th Annual World Congress of Advanced Materials
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] マイクロ波/ミリ波を用いた反射計（レーダ）の開発と応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 間瀬 淳
  • 学会等名: IEEE-MTTS関西チャプターワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] 陸上設置型レーダシミュレーションによる海波の潮位検出法の研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 金子大祐、近木祐一郎、池地弘行、犬竹正明、間瀬 淳
  • 学会等名: 電子情報通信学会2017年ソサイエティ大会
• [学会発表] マイクロ波・ミリ波反射計（レーダ）の開発と応用事例 (2017)
  • 著者名/発表者名: 間瀬 淳、近木祐一郎、桑原大介、長山好夫、池地弘行、伊藤直樹、小波蔵純子、吉川正志、王 小龍、犬竹正明
  • 学会等名: 電子情報通信学会2017年ソサイエティ大会
  • 招待講演
• [学会発表] マイクロ波反射計（レーダ）の開発と応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 間瀬 淳
  • 学会等名: 日本学術振興会弟188委員会
  • 招待講演
• [学会発表] Development of Local Oscillator Integrated Antenna Array for Microwave Imaging Diagnostics (2017)
  • 著者名/発表者名: 桑原大介、五十嵐明彦、篠原俊二郎、伊藤直樹、徳沢季彦、長山好夫、吉永智一、吉川正志、小波蔵純子、山口聡一郎、近木祐一郎、間瀬 淳
  • 学会等名: PLASMA2017
• [図書] ひと見守りテクノロジー (2017)
  • 著者名/発表者名: 間瀬 淳（共著）
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
  • ISBN: 9784860435134
• [備考] MASE Laboratory
  • URL: http://www.gic.kyushu-u.ac.jp/mase/mase_lab.html
• [備考] MASE LABORATORY
  • URL: http://www.gic.kyushu-u.ac.jp/mase/mase_lab.html
• [産業財産権] 外壁診断システム (2019)
  • 発明者名: 平田吉一、間瀨 淳、大崎頌太、中島 寛
  • 権利者名: 平田吉一、間瀨 淳、大崎頌太、中島 寛
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2019
  • 取得年月日: 2020
• [産業財産権] 外壁診断システム (2019)
  • 発明者名: 平田吉一、間瀬 淳、大崎頌太、中島 寛
  • 権利者名: 平田吉一、間瀬 淳、大崎頌太、中島 寛
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2019
  • 取得年月日: 2019